V České republice se ještě letos rozběhne vůbec první zdejší kvantový počítač – tedy stroj, který počítá úplně jinak než klasické počítače, jaké běžně používáme, a který namísto klasických bitů pracuje se stavy atomů. Provozovat ho bude národní superpočítačové centrum IT4Innovations při Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava, kde běží i v současné době nejrychlejší český superpočítač Karolina.
Lupa se mohla podívat na proces právě probíhající montáže první z částí. Samotný počítač bude zabírat plochu pouze čtyři metry čtvereční. Dalších asi 20 metrů čtverečních padne pro podpůrné technologie. Stroj tak ve výsledku bude umístěn v poměrně malé komoře. Do ní bylo vybouráno jedno velké okno vedoucí do zasedací místnosti pro návštěvy. Ty díky tomu budou moci počítač spatřit – jinak k němu kvůli citlivosti nebude umožněn přístup.
Tuzemský kvantový stroj vyšel na zhruba 125 milionů korun a dalších 50 milionů půjde na provoz. Půlkou přispěla Evropská komise a na zbytek se složilo Česko (Ministerstvo školství) společně s Belgií, Dánskem, Finskem, Německem, Nizozemskem, Norskem, Polskem a Švédskem.
Ostravský VLQ
V Ostravě mohli kvantových počítač pořídit díky zapojení do mezinárodní organizace LUMI čítající zmiňované země. LUMI ve Finsku provozuje stejnojmenný superpočítač. Ten patří mezi nejrychlejší na planetě, vyráběl se v Kutné Hoře a v budoucnu se dočká významného rozšíření, Evropská komise totiž přišla s plánem na budování „továren“ pro umělou inteligenci (AI Factories). Česko má a bude mít k současným i budoucím kapacitám LUMI přístup. Na novou AI továrnu přispějeme více než půlmiliardou korun.
Konsorcium LUMI zároveň dostalo za úkol provozovat jeden z šesti evropských kvantových počítačů pořizovaných Evropskou komisí. Ostrava uspěla a byla vybrána jako koordinátor a provozovatel projektu nazvaného LUMI-Q, tedy jednoho z těchto šesti strojů.
Ostravské zařízení dostalo název VLQ, jinak také Vlk. Jde o kombinaci slov VŠB, LUMI a Quantum. Vlk je zároveň v logu konsorcia LUMI. Ke kombinaci se dospělo tak, aby v něm byla trocha češtiny a zároveň byl název vyslovitelný i pro zahraniční partnery.
Dodavatelem zařízení je finský podnik IQM, který patří k několika evropským producentům kvantových mašin. Jedním z hlavních hodnoticích kritérií v tendru byl evropský původ dodavatele počítače. Evropská komise tím chce podpořit rozvoj strategického oboru, do něhož investují i další velmoci jako USA nebo Čína. Kvantové počítače mohou například změnit svět šifrování a bezpečnosti. Proto se i u nás zavádí postkvantové šifry a připravuje se první kvantová síť.
24 supravodivých qubitů
Každý z šesti kvantových strojů financovaných Evropskou komisí a členskými státy bude založen na jiném principu. IQM do Ostravy dodává počítač s kvantovým procesorem Radiance Star s 24 supravodivými kvantovými bity (qubity) a poměrně unikátní hvězdicovou topologií.
Topologie prvního kvantového počítače v ČR
„Tato topologie minimalizuje počet takzvaných swap operací, což umožní provádění velmi složitých kvantových algoritmů. Systém bude obsahovat 24 fyzických qubitů napojených na centrální rezonátor. Tato architektura nám umožní výrazně zlepšit efektivitu výpočtů a škálovatelnost našeho systému. Hvězdicová topologie nabízí optimální propojení mezi qubity, což minimalizuje chybovost a zvyšuje spolehlivost kvantových operací. Díky této topologii můžeme lépe využít kvantové provázání a dosáhnout rychlejších a přesnějších výsledků v široké škále aplikací, od umělé inteligence až po simulace komplexních systémů,“ shrnula IT4Innovations.
Lustr se skoro absolutní nulou
Na IT4Innovations už se rozjela montáž první části Vlka. Jde o kryostat a na něj navázané technologie, které budou chladit samotný kvantový procesor.
Kryostat se podobá načančanému 300 kilogramů vážícímu lustru a jeho účelem je srazit teplotu tak, aby čip mohl spolehlivě fungovat. Konkrétní hodnota má činit 10 milikelvinů, tedy −273,14 stupňů Celsia, což je blízko absolutní nule (−273,15 stupňů Celsia). Blížíme se tedy teplotě ve vesmíru. „Zchlazování na požadovanou teplotu trvalo tři dny a bylo jí dosaženo v pondělí 24. března,“ řekla k prvnímu testu Helena Starková, vedoucí bezpečnosti, provozu a správy IT4Innovations.
Jak vypadá VLQ, první kvantový počítač v Česku:
Chladicí systém obsahuje šest „kýblů“ ze slitiny mědi, které se na sebe vrství jako matrjoška. Výrobcem je finská firma Bluefors zaměřená na kryo. Pro dosažení teploty v oblasti, kde bude umístěn čip, se budou míchat dva izotopy helia (3 a 4). Na začátku procesu se nabírá kapalný dusík a v rámci procesu se využívá i vakuum.
Samotný čip bude dodán a instalován později, pravděpodobně v září. V naší galerii nicméně můžete vidět jeho ukázkový vzorek. Nepoměr je do očí bijící. Samotný čip je miniaturní (černý čtverec) a zlatá konstrukce kolem něj slouží k chlazení a napojení na zbytek kryo systému.
Čip bude v popisovaném chladicím zařízení viset ve vzduchu. IQM ho produkuje doma ve Finsku. „Při samotné výrobě čipů dochází k poměrně velké zmetkovosti, což je normální i u klasických čipů, nicméně v případě kvantových je tato zmetkovost ještě o něco vyšší,“ shrnul Branislav Jansík, ředitel superpočítačových služeb IT4Innovations.
Celková spotřeba stroje dosáhne na zhruba 30 kilowattů. Oficiální zapnutí počítače by mohlo proběhnout v říjnu. Vlka zároveň půjde vylepšit. Stroj je technicky připravený na rozšíření, respektive přidání dalšího čipu. Záležet bude na potřebách a samozřejmě možnostech financování.
Až na úroveň pulsů
Ostravské superpočítačové centrum nabídne přístup ke kvantovému stroji vědcům, průmyslu, veřejnému sektoru či studentům. „Systém umožní evropským koncovým uživatelům aktivně zkoumat aplikace a algoritmy přizpůsobené nové hvězdicové topologii, jako je například kvantová Fourierova transformace (QFT), která je ústřední součástí mnoha kvantových algoritmů vykazujících exponenciální zrychlení ve srovnání s čistě klasickým zpracováním.“
O Vlka se nicméně bude nutné dělit. Polovina kapacity bude k dispozici členům EuroHPC, což je síť evropských superpočítačových center financovaných Evropskou komisí (Ostrava je součástí). Druhou polovinu dostane k dispozici konsorcium LUMI, přičemž na Česko z toho půjde 25 procent. Výpočetní kapacity budou k dispozici tradičně přes organizaci e-INFRA, která tuzemské vědě a akademikům poskytuje výpočetní a datovou infrastrukturu.
Zájemci z Česka už díky ČVUT mají nějakou dobu přístup ke kvantovým počítačům společnosti IBM, ovšem pouze vzdáleně přes cloud (na ČVUT také startuje obor Kvantová informatika). To je pěkné například pro testování aplikací, tam ale možnosti odborníků pracovat s touto technologií končí. Fyzický kvantový počítač nabízí více možností. „Je to jedinečná příležitost, jak se s těmito stroji zabývat až na fyzikální úrovni. To cloudový přístup IBM nenabízí,“ řekl Lupě Vít Vondrák, ředitel IT4Innovations. V Ostravě chtějí zájemcům Vlka zpřístupnit až na úroveň řízení pomocí mikrovlnných pulsů.
Konkrétní podoba přístupu se bude ladit. V plánu je totiž pro všechny evropské superpočítače, AI továrny a kvantové počítače vybudovat jednotnou softwarovou platformu, skrze níž bude možné k výpočetním kapacitám přistupovat. Ideálně by mělo jít i rozdělit výpočty tak, aby se například jedna část spočítala na běžném superpočítači a druhá na kvantovém. Tento hybridní model ostatně plánují i v Ostravě, VLQ bude propojený s Karolinou.
Evropská komise na vybudování této jednotné platformy rozjela projekt EuroHPC Federation Platform. Ostrava tam opět figuruje jako jeden z jeho tvůrců a potvrzuje, že v rámci evropských superpočítačových struktur patří mezi významné hráče.
Aby bylo možné superpočítače, AI továrny a kvantové počítače spolehlivě „krmit“ daty, chystá komise také výrazné posílení páteřní akademicko-vědecké sítě. Měl by se vybudovat terabitový backbone. Zřejmě ho bude zastřešovat organizace GÉANT, do níž spadá CESNET provozující síť na našem území.
Na IT4Innovations už také vznikla Quantum Computing Laboratory. Zkoumat bude nové algoritmy, jejich praktickou aplikaci, kvantovou korekci chyb, kryptografii, komunikaci, optimalizaci a další výzkum kolem kvantově-počítacího světa.
- Chcete mít Lupu bez bannerů?
- Chcete dostávat speciální týdenní newsletter o zákulisí českého internetu?
- Chcete mít k dispozici strojové přepisy podcastů?
- Chcete získat slevu 1 000 Kč na jednu z našich konferencí?
Staňte se naším podporovatelem
ČLÁNKY DO MAILU