Přinášíme vám týdenní přehled ze světa kvantových počítačů, software, algoritmů, sítí, kryptografie a technologií, včetně kvantového byznysu a investic.
Kvantovky v Česku
Fakulta elektrotechnická ČVUT otevřela v pražských Dejvicích novou laboratoř kvantových technologií, jejíž součástí je tzv. kvantový komunikační polygon určený pro experimenty, výuku a testování kvantové komunikace v podmínkách blízkých reálnému provozu. Pracoviště je zaměřeno především na kvantovou distribuci klíčů (QKD) a související síťové technologie, přičemž cílem je budoucí zapojení do evropské infrastruktury EuroQCI budované pro bezpečnou kvantovou komunikaci mezi státy EU. Laboratoř vznikla ve spolupráci s Univerzitou Palackého v Olomouci a navazuje na projekt CZQCI, tedy českou kvantovou komunikační infrastrukturu propojující Prahu, Brno a Ostravu. Důležitý je zde hlavně důraz na praktický provoz a integraci — nejde pouze o laboratorní demonstrace jednotlivých QKD zařízení, ale o testování celé komunikační infrastruktury včetně síťového provozu, interoperability a budoucího napojení na širší evropskou síť. ČVUT zároveň laboratoř prezentuje jako prostředí pro vzdělávání nové generace odborníků v oblasti kvantových technologií a kvantových sítí.
Kvantové počítače
Společnost Pasqal oznámila experiment, ve kterém logické qubity na jejich procesoru z neutrálních qubitů poprvé překonaly běžné fyzické qubity při řešení diferenciálních rovnic na reálném kvantovém hardware. Výpočet využíval quantum kernel metodu aplikovanou na přibližně 1 000 různých rovnicích, přičemž logické qubity dosáhly podle firmy v průměru o více než 50 % vyšší přesnosti a u některých nelineárních problémů až desetinásobného zlepšení. Důležité je, že nešlo jen o test jednotlivých error-correction operací, ale o kompletní end-to-end aplikaci běžící přímo na zařízení. Pasqal implementoval výpočet jak na úrovni fyzických qubitů, tak na úrovni logických qubitů chráněných proti chybám, a následně porovnal kvalitu výsledných kernelů použitých při řešení rovnic. Experiment zároveň ukázal, že konkrétní typ logického kódování byl přirozeně odolnější vůči některým druhům šumu, které tento typ výpočtu ovlivňují nejvíce.
Společnost Quantum Machines oznámila dosažení 99,5% střední fidelity dvouqubitových bran při provozu supravodivého procesoru Rigetti Novera pomocí vlastní řídící platformy OPX1000 a kalibračního softwaru QUAlibrate. Důležité není jen samotné číslo fidelity, ale hlavně fakt, že stejného výkonu bylo dosaženo mimo původní interní kontrolní stack Rigetti. Jinými slovy, procesor byl řízen externím hardwarem a softwarem třetí strany bez výrazného poklesu parametrů. Experiment zahrnoval automatizovanou kalibraci, paralelní ladění qubitů i průběžnou optimalizaci řídících pulzů napříč celým 9-qubitovým systémem. Článek tím ilustruje širší trend oddělování kvantového hardwaru od kontrolní vrstvy, podobně jako se v klasickém computingu oddělili výrobci procesorů, serverů a operačních systémů.
Společnost Qilimanjaro Quantum Tech nasadila v Barcelona Supercomputing Center nový analogový kvantový počítač jako součást infrastruktury MareNostrum-Ona, která propojuje analogové kvantové systémy, digitální kvantové procesory a klasický superpočítač MareNostrum 5 do jednoho hybridního prostředí. Systém vzniká v rámci projektu EuroQCS-Spain financovaného programem EuroHPC a první generace využívá 10qubitovou adiabatickou (analogovou) architekturu určenou především pro optimalizační úlohy, simulace fyzikálních systémů a některé AI workloady. Na rozdíl od univerzálních gate-based kvantových počítačů zde výpočet probíhá řízenou evolucí celého kvantového systému, což umožňuje jednodušší hardware za cenu menší obecnosti. Projekt zároveň počítá s několika dalšími generacemi procesorů dodávanými v následujících letech a se zpřístupněním systému přes evropskou HPC infrastrukturu.
Kvantové algoritmy a software
Výzkumníci z Flatiron Institute publikovali tensor-network algoritmus, který podle autorů dokáže klasicky simulovat problém použitý v dřívějším experimentu D-Wave označovaném jako „quantum supremacy“. Nová metoda je založena na efektivnější reprezentaci kvantového stavu pomocí tensor networks, což umožňuje výrazně snížit paměťové i výpočetní nároky oproti brute-force simulaci. Autoři ukázali, že úlohu založenou na spin glass modelu, kterou D-Wave v roce 2023 prezentovalo jako prakticky neřešitelnou pro klasické superpočítače, lze ve skutečnosti zvládnout klasickým algoritmem v realistickém čase a bez extrémních HPC požadavků. Nejde přitom o „vyvrácení“ kvantového annealingu jako takového, ale spíše o připomenutí, že hranice mezi kvantovou a klasickou výpočetní výhodou se často posouvá s vývojem nových klasických algoritmů. Podobná situace už v minulosti nastala například po oznámení quantum supremacy experimentu Google Sycamore, kdy byly následně publikovány efektivnější klasické simulační techniky.
Oracle a Classiq předvedly workflow, ve kterém AI agent automaticky vytvořil kvantovou aplikaci pro optimalizaci investičního portfolia a následně ji spustil jako 36qubitovou simulaci na HPC infrastruktuře Oracle Cloud Infrastructure. Celý proces začínal obyčejným textovým zadáním v přirozeném jazyce, z něhož systém vygeneroval kompletní Jupyter notebook, kvantový obvod i potřebné optimalizační kroky bez ručního programování na úrovni hradel. Výpočet využíval QAOA algoritmus a model portfolia s 12 aktivy a osmi úrovněmi alokace, což odpovídá prostoru desítek miliard možných kombinací. Classiq následně syntetizoval kvantový obvod o hloubce přibližně 730 bran, zatímco samotná simulace běžela na NVIDIA DGX A100 GPU infrastruktuře v OCI a vyžadovala zhruba 512 GiB paměti. Hlavním cílem demonstrace přitom nebyla samotná finanční optimalizace, ale ukázka toho, že se kvantový software začíná posouvat směrem k automatizovanému vývojovému workflow podobnému dnešnímu AI-assisted programování.
Startup Moth Quantum představil projekt Quantum Backrooms, který označuje jako první spotřebitelskou aplikaci využívající reálné kvantové počítače přímo jako součást herního mechanismu. Hra generuje prostředí na základě topologie skutečných kvantových procesorů od IBM a IQM, kde jednotlivé qubity odpovídají částem herního světa a jejich propojení určují možné cesty bludištěm. Místo klasického využití kvantových počítačů pro optimalizaci nebo simulace se zde kvantový hardware používá jako zdroj dynamické struktury herního prostředí, které se mění podle aktuálního stavu systému.
Kvantové technologie
Výzkumníci z Quantum Source a Weizmann Institute of Science demonstrovali zachycení jediného rubidiového atomu přímo u integrovaného fotonického rezonátoru na čipu, což je důležitý krok směrem k propojení systémů z neutrálních atomů s integrovanou fotonikou. Atom byl uvězněn ve vzdálenosti přibližně 150–200 nanometrů od povrchu křemík-nitridového mikrorezonátoru, tedy dostatečně blízko na to, aby silně interagoval se světlem vedeným uvnitř fotonického obvodu. Právě tato blízkost je technicky problematická, protože atom musí být současně stabilně zachycen a zároveň nesmí být „stažen“ k povrchu čipu vlivem povrchových sil. Tým použil tzv. single-stroke loading mechanismus založený na evanescentním optickém poli, který dokáže atom zachytit jedinou interakcí bez potřeby kontinuálního chlazení nebo aktivní zpětné vazby. Po zachycení atom efektivně emitoval jednotlivé fotony přímo do rezonátoru a experiment ukázal měřitelnou atom-fotonovou vazbu včetně single-photon antibunching efektu a Purcell-enhanced emise. Výsledkem je v podstatě základní stavební blok pro budoucí „atom-on-chip“ kvantové optické systémy kompatibilní s CMOS výrobou.
Kvantový byznys, investice a politika
Emmanuel Macron oznámil dodatečné financování francouzského kvantového programu ve výši jedné miliardy EUR, čímž se celková veřejná podpora francouzských kvantových technologií dostává přibližně na 3,3 miliardy EUR od spuštění národní strategie v roce 2021. Nové prostředky mají podpořit jak vývoj kvantových počítačů, tak výrobní infrastrukturu a polovodičové kapacity související s kvantovými technologiemi. Francouzský přístup je zajímavý hlavně tím, že nesází na jedinou qubitovou platformu — státní podpora současně míří na neutral-atom systémy (Pasqal), fotoniku (Quandela), silicon-spin qubity (Quobly), cat qubity (Alice & Bob) i uhlíkové nanotrubice (C12). Významnou roli přitom hraje program PROQCIMA řízený francouzským ministerstvem obrany, který není zaměřený jen na výzkum, ale přímo na vývoj fault-tolerant prototypů s konkrétními technickými milníky. Oznámení zároveň přišlo prakticky okamžitě po americkém balíku 2 miliard dolarů pro kvantové firmy, což dobře ukazuje, že kvantové technologie jsou stále více vnímány jako otázka technologické suverenity a průmyslové infrastruktury, ne jen akademického výzkumu.
Rumunsko plánuje investici přibližně 100 milionů eur do vybudování kvantového počítače v Iași, který má vzniknout jako součást širší evropské HPC a kvantové infrastruktury. Projekt počítá s instalací 32qubitového systému založeného na supravodivých qubitech a jeho propojením s národním superpočítačovým centrem. Vedle samotného hardwaru má financování pokrýt i vývoj softwaru, výzkumné kapacity a vzdělávání specialistů v oblasti kvantových technologií.
Minulý týden jsme psali o velké oznámené investici USA do kvantového počítání. Avšak není vše černobílé. Je zde rostoucí odpor části amerického Senátu vůči způsobu, jakým Department of Commerce rozděluje více než 2 miliardy dolarů do kvantových firem v rámci CHIPS Act. Kritika míří zejména na to, že vláda nově nezůstává jen u grantů, ale získává i majetkové podíly ve firmách, což někteří senátoři označují za příliš agresivní zásah státu do technologického trhu. Skeptici zároveň upozorňují, že kvantový sektor je stále velmi experimentální a není jasné, zda se z dnešních technologií vůbec stanou komerčně životaschopné systémy v rozumném časovém horizontu. Dalším bodem kritiky je výběr konkrétních příjemců financování a otázka, zda vláda fakticky „nevybírá vítěze“ v oboru, kde zatím není jasné, která qubitová platforma má dlouhodobě největší šanci uspět. Administrativa naopak argumentuje tím, že podobný model už použila u polovodičového průmyslu a že kvantové technologie začínají mít strategický význam srovnatelný s AI nebo pokročilými čipy.
Startup Imperagen, vzniklý jako spinout z University of Manchester, získal seed investici 5 milionů USD na vývoj platformy kombinující kvantovou fyziku, AI modelování a automatizované laboratorní workflow pro návrh enzymů. Firma chce využívat kvantově inspirované simulace a automatizované experimentální cykly k rychlejšímu hledání enzymů pro průmyslové a biotechnologické aplikace.
Německá vláda představila novou roadmapu kvantových technologií jako součást programu Hightech Agenda Deutschland, přičemž hlavní důraz klade na vývoj fault-tolerant kvantových počítačů, kvantových senzorů a kvantové komunikace do roku 2030. Dokument počítá například s vývojem alespoň dvou evropsky konkurenceschopných error-corrected kvantových počítačů a zároveň s budováním průmyslové infrastruktury kolem kvantových technologií, od pilotních výrobních linek přes testovací centra až po integraci kvantových systémů do HPC prostředí. Roadmapa zároveň explicitně zdůrazňuje podporu startupů, transfer technologií z výzkumu do průmyslu a snahu o technologickou suverenitu vůči USA a Číně. Vedle computingu se Německo zaměřuje i na kvantové senzory pro medicínu, navigaci nebo vesmírné aplikace a na rozvoj kvantové komunikační infrastruktury v rámci evropských projektů.
Napsat komentář
Pro přidávání komentářů se musíte nejdříve přihlásit.