V poslední době se čínská firma Huawei prodrala do čela světového vývoje síťových technologií, zejména 5G sítí. (Foto: Flickr)

Většině lidstva se to sice líbí, neboť se těší na přínosy, které to uživatelům přinese, ale Huawei svou extrémní technickou i tržní úspěšností vyvolala hysterickou reakci u řady svých méně úspěšných konkurentů konfrontačně naladěných politiků, zejména v USA. Jenže Čína rozhodnutá, že její vývoj bude právě takovými technologickými inovacemi tažen, aby neuvízla na žádné překážce svého rozvoje, a povzbuzená úspěchy vývoje kvantového počítače, v čemž se stala světovou špičkou, přichází s dalším průlomem, který má přenést náměty sci-fi příběhů do informačních a komunikačních technologií našeho každodenního života.

„Čínští vědci doufají, že během následujících pěti let vyvinou vysokorychlostní kvantový komunikační systém dalekého dosahu postavený ze součástek domácí výroby, který půjde integrovat do soustav klasických komunikačních technologií,“ říká přední čínský kvantový vědec.

„Čína plánuje v kosmu na středně vysokých a vysokých orbitech rozmístit nepřetržitě pracující kvantové satelity, poskytující super-bezpečnou business komunikaci,“ říká Pan Jianwei, který o tom rokoval na 13. Národní komisi čínské lidové politické konzultativní konference, patřící ke dvojímu shromáždění, která před několika dny skončila.

Pan říká, že chce se svým týmem zvládnout manipulaci koherentních světelných signálů přenášejících stovky kvantových bitů (qubitů) informací. Když se jim podaří stvořit nové simulátory řízených kvantových procesů, tak vytvoří bázi, na jejímž základě půjdou vytvořit počítače, které vyřeší problémy daleko mimo dosah našich klasických super-computerů, ale i jiná zařízení.

„Kvantová mechanika vymyšlená počátkem 20. století je jednou z nejdůležitějších vědeckých revolucí historie,“ říká vývojář těchto technologií a člen Čínské akademie věd.

„Zvládneme-li využití zákonů kvantové fyziky, tak se zrodí nově vytvořená kvantová informační technologie použitelná pro kvantovou komunikaci, kvantové počítače a kvantovou metrologii, tj. studium vysoce citlivých měření o vysokém rozlišení,“ říká.

Kvantová komunikace využívá manipulace s jednotlivými částicemi světla – fotony – spoutanými do tzv. kvantově vázaných stavů a k přenosům informací používá právě je. Jakýkoliv pokus o odposlech, by kvantovou vázanost zrušil, zmařil by signál a upozornil na nežádoucí průnik.

Pan se svým týmem v lednu publikoval v žurnálu Nature studii o tom, jak vytvořili na světě první integrovanou kvantovou síť, která může poskytnout spolehlivou, ne-odposlouchávatelnou síť mezi více než 150 účastníky na vzdálenost 4 600 kilometrů.

Pan tvrdí, že centrální vláda na výzkum kvantové komunikace poskytla takové prostředky, že teď je Čína v tomto oboru na čele světového výzkumu.

Zatím na této technologii postavili dvě komunikační sítě: kvantovou komunikační páteřní síť z Pekingu do Šanghaje a kvantový výzkumný komunikační satelit Micius vypuštěný roku 2016. Při obou projektech vznikly rozsáhlé integrované kvantové sítě.

„Mezinárodní akademická komunita vždy usilovala o zvětšení dosahu a pokrytí kvantovou komunikací,“ říká. „S tím, jak bude rozsah kvantové komunikace narůstat, tak budou náklady na ta zařízení a jejich služby dramaticky klesat.“

„Teď je tudíž podstatné zvyšovat účinný dosah pokrytí kvantovou komunikací integrací jejích sítí s klasickými komunikačními infrastrukturami,“ říká.

Také bude zapotřebí vyvinout nové pozemní kvantové retranslační stanice, které mohou přenášet signály na tisíce kilometrů a kvantové komunikační satelity, které pokryjí celý svět.

Bude tedy nutno podporovat nezávislý výzkum a vývoj kvantových zařízení a koncipovat nové aplikační standardy, říká Pan. „Toto úsilí nakonec přinese široké rozšíření kvantových komunikací pro vládu, finance, energetiku a všude,“ říká Pan.

Na rozdíl od klasických informačních technologií kódujících informace do binárních bitů s hodnotou 0 nebo 1, kvantové technologie používají qubity, které mohu existovat ve stavu 0 i 1 současně.

U kvantových strojů tedy dojde k exponenciálnímu nárůstu počtů řízených qubitů a překročí se milník zvaný výhoda kvantového počítání s výpočetní a komunikační technikou nesmírných výkonů.

„Jakmile se vědci dostanou k té bezprecedentní výpočetní síle, tak se dají čekat nové průlomy v umělé inteligenci, předpovědích počasí, vývoji léků a v jiných výpočetně náročných úkolech,“ předpovídá Pan.

Čína už poprvé tento milník překročila, neboť jak v prosinci referoval žurnál Science, její vědci vytvořili první prototyp fotonového kvantového počítače Jiuzhang, který během chvíle vypočítá problémy, které by klasické počítače řešily miliony let.

Tento po starobylém matematickém textu Jiuzhang nazvaný počítač za 200 sekund vypočte úlohu zvanou vzorkování Gaussovských bosonů, což by nejrychlejšímu světovému klasickému počítači Fugaku trvalo asi 600 milionů let.

Jde však v tomto oboru o teprve první dětské krůčky. Jiuzhang není tzv. univerzální počítat, nýbrž stroj nastavovaný k řešení jediné úlohy. Pan však předjímá, že v dalších milnících přijdou kvantové simulátory, k řešení složitých problémů jako tvorba nových materiálů a optimalizace počítačových algoritmů.

Prototyp Jiuzhang v různých svých nastaveních už předvedl, že umí řešit úlohy z teorie grafů, strojního učení a kvantové chemie. „Doufáme, že v příštích pěti letech ve spolupráci s klíčovými národními vědeckými a technologickými projekty takový kvantový simulátor uděláme,“ říká.

Pak má přijít třetí milník, tj. skutečně programovatelný univerzální kvantový počítač, to ale prý budou muset dostat nejméně biliony qubitů ze stavu de-koherence, tj. ze zkolabovaných kvantových stavů kvůli šumu prostředí.

Pan říká, že v oboru kvantových informačních technologií se rozvinula žhavá konkurence, kdy rozvinuté země jako Spojené státy, Británie, Německa a Francie se snaží dostat do čela.

Značně to vyprovokoval okamžik, když se Číně povedl kvantový vědecký satelit Micius. „Protože kvantové informační technologie se vyvinuly do té míry, že mohou představovat národní technologickou špičku,“ vysvětluje Pan. Čína ale, ač je v čele, nechce celosvětový vývoj tohoto pro celé lidstvo přínosného oboru zpomalovat uzavíráním se vůči spolupráci se svými konkurenty.

„Tento jev konkurence je přirozený ve všech disciplínách, které se vyvinou na určitou úroveň. My se ale nemůžeme vzdávat mezinárodní spolupráce jen kvůli konkurenci, neboť kvantová informační technologie přinese prospěch celé lidské společností,“ vykládá Pan čínský postoj.

„Pokrok kvantových informačních technologií budoucnosti je společným úkolem celé globální akademické komunity,“ vysvětluje s tím, že Čína prý už teď v tom aktivně školí mezinárodní talenty a je ochotna podělit se o svůj pokrok a provádět výměnu v rámci mezinárodních partnerství na společném výzkumu a vývoji technologií.

„Měli bychom pokračovat v komunikaci s těmi úžasnými mezinárodními týmy a společně pracovat na dlouhodobých cílech kvantové informační vědy.“