Přinášíme vám týdenní přehled ze světa kvantových počítačů, software, algoritmů, sítí, kryptografie a technologií včetně kvantového byznysu a investic.

Kvantovky v česku

A máme tu dvě velké národní akce. Tou první je „International Quantum Hackathon 2024„, což je asi první český kvantový hackathlon, pokud se nepletu. Ideální hlavně pro vysokoškolské studenty, případně i pro středoškolské, pokud mají již nějaké kvantové zkušenosti.

Druhou akcí je pak druhý ročník „Quantum Day„. Minulý rok jsem tam nebyl, a zpětnou vazbu, co jsem dostal, byla spíše smíšená. Ale letos, kdy by to mělo být větší a větší zapojení neakademických partnerů, to bude snad serióznější.

Kvantová/jaderná fyzika

Vědcům z Vienna University of Technology se povedlo dosáhnout průlomu v oblasti jaderné fyziky díky využití laserů k excitaci atomového jádra. Po desetiletích pokusů se vědcům podařilo efektivně a přesně excitovat jádra atomů pomocí laseru, což otevírá nové možnosti pro výzkum v oblasti jaderné fyziky a také pro potenciální aplikace v materiálové vědě a medicíně. Například takové excitované jádro je výborným kandidátem na ještě přesnější atomové nebo spíše jaderné hodiny. Pomocí laseru běžně manipulujeme s atomy (rozumějte s elektrony v obalu) či molekulami, ale pro jádro jsou zpravidla potřeba mnohem větší energie. Až nyní vědci našli vhodný jaderný přechod v prvku thoria-229. A potenciál to má velký, hlavně v oblastech přesného měření, neboť na takové jádro nepůsobí tolik okolního šumu než jako na jeho elektronový obal. Kdo ví, třeba z toho jednou bude i výborný qubit. Tady je to popsané i česky.

Kvantové počítače

Výzkumníci z University of Basel a NCCR SPIN dosáhli průlomu v kontrolovatelné interakci mezi dvěma qubity založenými na dírách (viz princip elektronů a děr – díra je vlastně chybějící elektron v polovodiči) v běžném křemíkovém tranzistoru. Tato inovace otevírá možnosti integrace milionů těchto qubitů na jediný čip s využitím zavedených výrobních procesů. Výhoda těchto qubitů a elektronových děr je, že je poměrně jednoduché jich nasázet velké množství na poměrně malou plochu. Oproti qubitům ze spinu elektronu mají tyto na bázi děr tu obrovskou výhodu, že je lze ovládat čistě jen elektrickým polem. To je obrovské zjednodušení, protože s elektrickým polem umíme mnohem lépe a přesněji manipulovat. Pro manipulaci qubitů z elektronů potřebujeme typicky i mikromagnety umístěné na čipu.

Pro eko a climate nadšence je zde článek shrnující, jak by kvantové počítače mohly pomoci s klimatem. A věřím, že hlavně v oblasti chemie to opravdu může pomoci. Poznámka autora č.1: nedivil bych se, kdyby to doporučilo jaderné elektrárny jako to nejlepší. Poznámka autora č.2: Často se mluví o tom, že kvantové počítače budou fajn, že nejen toho spočítají více, lépe a rychleji, ale spotřebují při tom i mnohem méně elektřiny. To možná může platit pro samotné kvantové procesory. Ale vše okolo od chlazení až po výpočty pro korekci kvantových chyb zas až tak úsporné nebude. Dokonce dle horších scénářů za každým velkým kvantovým počítačem bude muset být celé HPC centrum, aby to upočítalo ty korekce. Poznámka autora č.3: Chemické výpočty vskutku by měla být silná doména kvantových počítačů. Ale ve skutečnosti je to jen polovina pohádky. S pomocí kvantového počítače opravdu můžete třeba objevit lepší katalyzátor pro výrobu čpavku. Avšak už vám to neřekne, jak takovou molekulu pak vyrobit. A to může být další velká překážka.

Quandela spustila svůj Quandela Cloud 2.0., který zpřístupňuje to nejlepší, co mají v serverovně. Quandela pracuje na fotonických kvantových počítačích.

Kvantový software a algoritmy

IBM 5.-14. června uspořádá další ze série svých Quantum Challenge, které jsou otevřené pro všechny. Tentokrát se výzvy zaměří na nové funkcionality Qiskit 1.0.

Skupina vědců z Itálie a Indie publikovala článek o novém kvantovém algoritmu, který naznačuje, že kvantový počítač by mohl řešit všechny problémy třídy složitosti NP v polynomiálním čase. To by mohlo být velké. Problémy NP složitosti jsou typy matematických problémů, které jsou sice snadno ověřitelné, pokud je známé řešení, ale mohou být extrémně náročné na nalezení tohoto řešení. Jde o problémy, pro které neexistuje známý rychlý (polynomiální časový) – klasický – algoritmus pro jejich řešení. Příklady těchto problémů zahrnují: Problém obchodního cestujícího: Najít nejkratší možnou cestu, která prochází skrz daný seznam měst a vrátí se do původního města. Problém batohu: Vybrat předměty s danými hodnotami a váhami tak, aby celková hodnota byla maximální a celková hmotnost nebyla vyšší než daný limit.

PsiQuantum, o kterém ještě budu psát níže, vydal open-source knihovny a nástroje QREF a Bartiq. QREF poskytuje standardizovaný formát dat pro reprezentaci kvantových výpočetních algoritmů, zatímco Bartiq slouží jako odhadovač kvantových zdrojů, což usnadňuje odhadování potřebných zdrojů pro tyto algoritmy.

Kvantová bezpečnost

Švýcarská Terra Quantum představila svoji knihovnu TQ42 Cryptography jako open source. TQ42 Cryptography poskytuje vývojářům komplexní sadu post-kvantových algoritmů (PQC), zabezpečení a funkcí správy klíčů, včetně: klasické kvantově odolné algoritmy s hašovacími funkcemi a symetrické šifrování; asymetrické post-kvantové algoritmy; a správu klíčů se zabezpečeným mazáním souborů, pseudonáhodným generováním klíčů a šifrovaným ukládáním do souborového systému. Najdete to na GitHubu.

Kvantový byznys, investice a politika

Britský Aquark Technologies získal kontrakt za £3.4 milionů na vývoj velmi výkonných atomových hodin AQlock. Výhoda technologie Aquarku je, že dokážou udělat celý systém na chladné atomy mnohem menší, než konkurence.

A další černý puntík pro Huawei. Ukázalo se, že Huawei tajně sponzoroval pokročilý výzkum v oblasti optiky a to aniž aby o tom sponzorované univerzity věděly. Huawei, proti předchozím zvyklostem se stal tajným dárcem pro Optica Foundation, což je asociace podporující výzkum v oblasti klasické i kvantové optiky a k tomuto účelu rozdávají i granty. Tato informace se objevila až později ve výročné zprávě nadace. Potenciálně problém je to pro americké univerzity a výzkumné organizace, neboť ten, kdo spolupracuje s Huawei pak nemá nárok na federální granty apod.

Nedávno jsem psal, jak stát Illinois se svým hlavním městem Chicago v čele hodně šlape do kvantových technologií. Nyní vláda Illinois hodně tlačí na projekt za $20 miliard v rámci kterého by měl vzniknout kompletně nový kvantový kampus na rozloze téměř 61 hektarů. A jedním z hlavních uživatelů by měla být společnost PsiQuantum, která dostane $600 milionů od Austrálie. Trochu mi to začíná připadat jako bublina kolem PsiQuantum vzhledem k tomu s jakou technologií pracují a jaké je konkurence.

No a u PsiQuantum zůstaneme. Austrálie má svou národní kvantový poradní orgán, kde jsou zástupci vlastních agentur i průmyslu. A překvapivě tato velká investice do PsiQuantum nebyla s nimi konzultována. Je tam jen zmínka o předsedovi tohoto poradního orgánu. Vláda se brání, že byly provedeny hodnocení ekonomické, technické a právní. Avšak nic není veřejné. Dokonce ani to v jakém poměru se jedná o grant, investici a půjčku. A to už nemluvě o tom, proč zrovna právě fotonické qubity dostaly tuto výsadu.

A další inspirace pro českou národní kvantovou strategii (pokud nějaká bude) jez Německa, kde vydali „Quantum Technologies Conceptual Framework Programme„, který je nejen v němčině ale i angličtině. Jedná se o strategický dokument, který popisuje německou federální koncepci ke kvantovým technologiím. Pak jednotlivé bundesrepubliky mají i své, například Bavorsko a Berlín.