ČVUT plánuje od akademického roku 2025/26 spustit nový magisterský program „Kvantová informatika“, na jehož realizaci se podílí hned několik fakult univerzity – Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, Fakulta informačních technologií, Fakulta elektrotechnická a Fakulta strojní. Program se zaměří na témata jako kvantové algoritmy, kryptografie a kvantové výpočty.
Cesta k prakticky použitelným a spolehlivým kvantovým počítačům, které slibují řešení problémů v širokém spektru oblastí – od finančního modelování přes optimalizaci logistiky až po zrychlení strojového učení a kvantových neuronových sítí – je podle odborníků stále velmi náročná a čelí celé řadě technických výzev. Kvůli problémům jako jsou dekoherence, šum, obtížné škálování a náročná korekce chyb, předpovídá optimističtější část akademické obce praktické využití kvantových počítačů v řádu jednotek až desítek let.
Kvantové počítače v začátcích
Současné možnosti slibné technologie zkoumá i ČR Kvantové počítače nacházejí své uplatnění především v průmyslovém výzkumu, optimalizaci a simulacích, jejich širší komerční využití je totiž zatím omezené. V chemii a farmacii se například testuje jejich schopnost modelovat molekuly, zatímco ve fyzice pomáhají s vývojem nových materiálů. V medicíně pak například kvantové technologie nabízejí potenciál pro inovace v oblasti nanomateriálů, například při onkologické léčbě.
VŠB–TUO rovněž připravuje specializaci zaměřenou na kvantové výpočty. Tento magisterský studijní program realizuje Fakulta elektrotechniky a informatiky ve spolupráci se zmíněným Národním superpočítačovým centrem IT4Innovations. Studenti v rámci programu získají pevné základy v oblasti kvantové fyziky, algoritmů a teoretických principů. Tyto znalosti budou doplněny o praktické dovednosti v programování kvantových počítačů a simulátorů, což jim umožní uplatnit se v rychle se rozvíjející oblasti kvantových technologií.
„Reagujeme na rostoucí zájem o kvantové výpočty, které již dnes významně ovlivňují oblasti jako je modelování materiálů, optimalizace logistických procesů nebo simulace molekul v lékařském výzkumu,“ uvedl děkan Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB–TUO Jan Platoš, podle kterého budou absolventi této specializace vybaveni dovednostmi pro řešení komplexních úkolů. Ty však současné technologie zvládají jen s obtížemi.
Není proto divu, že součástí potenciální počítačové revoluce se snaží být i Česká republika. Jedním z významných projektů v této oblasti je LUMI-Q, v jehož rámci bude na území ČR v dohledné budoucnosti zprovozněn první kvantový počítač. Projekt probíhá v národním superpočítačovém centru IT4Innovations v Ostravě, které je součástí VŠB-TUO.
Z instalace prvního kvantového počítače v ČR
Další důležitou oblastí rozvoje jsou iniciativy domácích univerzit, zejména ČVUT v Praze a VŠB-TUO, které reflektují dynamický vývoj v kvantových technologiích prostřednictvím nových studijních programů.
Matthias Christandl: Kvantový počítač odolný vůči chybám je otázkou času a investic
Ačkoli jsou vyhlídky kvantových technologií podle současných plánů představených výše velmi slibné, je důležité si uvědomit, že se nacházíme teprve na začátku dlouhé a náročné cesty. Na tuto skutečnost upozornil i Matthias Christandl z University of Copenhagen během své přednášky v Ballingově sále Národní technické knihovny. Přesto podle něj existují silné důvody k optimismu – budoucnost kvantových technologií s velkou pravděpodobností přinese zásadní pokroky. Ve své přednášce vedoucí výzkumného centra Quantum for Life připomněl i základní principy kvantové mechaniky. Na rozdíl od klasické informatiky, kde se informace zpracovávají pomocí bitů, které nabývají pouze hodnoty 0 nebo 1, kvantová informatika pracuje s kvantovými bity – tzv. qubity. Ty mohou díky jevu zvanému superpozice existovat současně v kombinaci obou stavů. To znamená, že kvantový počítač může zpracovávat více možností zároveň a provádět výpočty paralelně, přičemž výsledky jsou interpretovány na základě pravděpodobností a amplitud. Tato schopnost paralelního zpracování informací představuje zásadní rozdíl oproti klasickým výpočetním metodám. Cesta k vybudování plně funkčního kvantového počítače je sice technicky velmi náročná, podle Matthiase Christandla však dosud nebyly identifikovány žádné zásadní teoretické překážky. „Kvantová mechanika byla ověřena celou řadou experimentů. Spolehlivě popisuje i existující zařízení včetně jejich šumu a nepředpovídá žádné zásadní omezení pro další vývoj kvalitnějších qubitů. Díky tzv. prahové větě víme, že při dostatečném počtu spolehlivých qubitů lze efektivně simulovat menší počet ideálních qubitů. Jsme tedy na dobré cestě k vytvoření kvantového počítače odolného vůči chybám – i když to bude vyžadovat čas, financování a špičkový výzkum,“ shrnul svou prezentaci Matthias Christandl.