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

Kvantovky v Čechách

Na ambasádě Spojených Států proběhla diskuse „Game-Changing Quantum Tech: Framing New Opportunities for the Czech Republic“ kde byly přizváni zástupci IBM a špičky české akademické a průmyslové sféry. Uvidíme, co z toho praktického vzejde.

Konec roku – předpovědi a ohlédnutí

Na Quantum Zeitgeist dali dohromady seznam 6 společností, které by mohlo být zajímavé blíže sledovat v roce 2023. ■ Xanadu – pracují na fotonickém kvantovém počítači, ale zaměřují se hodně i na aplikace, jsou tzv. full-stack. Možná půjdou do IPO (vstoupí na burzu). ■ IBM – pravděpodobně se dostane letos přes magickou hranici 1000 qubitů pro univerzální kvantový procesor. ■ Riverlane – pracuje na kvantovém operačním systémů a na korekci kvantových chyb. Potenciální cíl pro pohlcení nebo merge (spojení s někým jiným). ■ SpinQ – docela to rozjíždí ve velkém s malými stolními kvantovými počítači. Asi ukážou, že i tento přístup má svůj smysl. ■ Quantinuum – opět společnost, která pracuje na kvantových počítačích dost komplexně a má i reálné zákazníky. A letos v tom jenom poroste. ■ OQC (Oxford Quantum Computing) – lídr v oblasti supravodivých qubitů v Británii. Potenciální cíl pro pohlcení nebo merge (spojení s někým jiným).

Kvantové počítače

Na Wired se objevil zajímavý článek, který popisuje, že v roce 2023 bychom mohli očekávat revoluci ve výzkumu materiálů, které jsou používány pro kvantové počítače. A co si pod tím představit? Ať už máte spinové qubity (kvantové tečky), supravodivé qubity, NV centra v diamantech a pod., tak vždy jeden zdroj kvantových chyb jsou nečistoty v okolním materiálů (NV centra, kvantové tečky) nebo přímo materiálu požitého pro qubity (supravodivé). A letos právě můžeme očekávat poměrně významný posun právě i v této oblasti.

Tady najdete pěkný článek, komentář o tom jak se mění architektura kvantových procesorů. Zatímco dříve byl primárně cíl ukázat nějaký qubity, které spolu spolupracují, případně pak aby byly co nejlépe a neblíže provázatelné, tak dnešní návrhy jsou řízeny spíše potřebou potlačit kvantové chyby. Dnes víme, že korekce kvantových chyb a logické qubity můžeme vytvořit na softwarové úrovni. Ale pokud si pomůžeme i vhodným návrhem na hardwarové úrovni, bude to ještě lepší.

Další, kdo experimentuje s hybridním počítáním je RIKEN v Japonsku. Ten již nyní má nějaké kvantové počítače a na dalších pracuje. Ty však nyní budou přímo propojeny s Fugaku, což by měl druhý nejrychlejší počítač na světě.

Občas si můžete přečíst, že za otce myšlenky kvantových počítačů je považován Richard Feynman. Brilantní vědec, který za své pokroky v oblasti kvantové fyziky dostal i Nobelovu cenu. Tady najdete pěkný text, který ve zkratce popisuje původní Feynmanovy myšlenky kolem kvantových počítačů.

Kvantový software a algoritmy

Na arXivu se objevil další zajímavý preprint, tentokrát zajímavý pro oblast skládání proteinů (protein folding). A o čem to je? Moderní farmakologie se čím dál více zaměřuje na objevování vhodných proteinů, které lze následně použít pro konkrétní léčbu. Avšak objevit takový protein není snadný. Jedna cesta je pokus-omyl v laboratoři, která ej dost drahá. Druhá cesta je objevit vhodné proteiny numericky. Avšak jedná se o výpočetně velmi náročnou úlohu (tzv. NP obtížnost), kde vlastně máte kus aminokyseliny a musíte najít její prostorovou konfiguraci, která potřebuje nejméně energie (to je ta, kterou použije sama příroda). A těch kombinací je obrovské množství. Tedy zní to přesně jako úloha vhodná pro kvantové počítače. Jak je poslední dobou zvykem, také se jedná o hybridní kvantový algoritmus. Velkou výzvou těchto algoritmů je, jak to reprezentovat v jazyce kvantové informatiky, kde vlastně pomocí qubitů potřebujete reprezentovat prostorovou konfiguraci. V tomto případě je zajímavé, jak úlohu reprezentují v kvantovém jazyce a tzv. counterdiabatic přístup. Úspěšně se jim povedlo simulovat 9 aminokyselin za použití až 17 qubitů na různých kvantových počítačích.

Vzdělávání

Tady najdete 5 vybraných kurzů do kvantových počítačů pro začátečníky. Avšak na našem Discordu najdete těch typů pro začátečníky ještě více.

Kvantová bezpečnost

Stále je potřeba mít na mysli přechod na PQC (kvantově odolné šifrování). Tady najdete docela rozumný „best practices“ v deseti bodech.

Minulý týden jsem psal o článku od čínských vědců, kde tvrdí, že na rozbití RSA potřebují daleko méně qubitů a to za použití QAOA. Sám jsem vyjádřil obavy/nejasnosti o škálování. Samozřejmě, tento článek dost rozčeřil vody nejen ty kvantové, ale i ty bezpečnostní. Nakonec se objevilo několik analýz od lidí, kteří více vidí do algoritmů a největší překážkou se zdá být konvergence QAOA algoritmus při tak velkém množství qubitů. Další problém leží na klasické straně (jedná se o hybridní řešení), kde je použit tzv. Schnorrův algoritmus, kde rovněž není dokázané, jak funguje při škálování směrem nahoru. Minulý týden jsem také zmínil, že je potřeba velké množství kvantových bran. Aby to bylo proveditelné, tak bychom potřebovali dosáhnout fidelity 99.999% a tam rozhodně zatím nejsme – to je o dva řády výše, než co máme dnes. Scott Aaronson tento článek označil jako, cituji: „Celkově se jedná o jeden z nejaktivněji zavádějících článků o kvantových výpočtech, které jsem za posledních 25 let viděl, a to jsem jich viděl… mnoho.“ Pěkné shrnutí a odkazy na jednotlivá vyjádření a analýzu od Moody´s najdete zde. Nicméně všichni se shodují na jednom. Je potřeba neotálet s přechodem na PQC. Jednou někdo přijde a vyjde mu to.

Kvantové technologie

Vědci z NIST představili vylepšené vlnovody pro fotony s velmi nízkými ztrátami a integrované do čipu. Konkrétně použili kvantové tečky jako zdroj jednotlivých fotonů a následně je napojili na vlnovody z nitridu křemíku pohřbeného v oxidu křemíku. Díky tomuto postupu se jim podařilo dosáhnout velmi nízkých ztrát a to i pro fotonové zpožďovače (viz obrázek v úvodu.). Další skládačka pro kvantovou komunikaci a fotonické kvantové počítače.

Vědci z Yale University představili vlastní tzv. photon-number-resolving (PNR) detektor integrovaný na čipu. Ten zvládne rozpoznat až 100 fotonů (ty současné až kolem jen 10) a je i rychlejší. Avšak také potřebuje chlazení. A k čemu je to dobré? Je to klíčová komponenta pro fotonické kvantové počítače, kde potřebujete spočítat počet fotonů v daném koherentním či nekoherentním „bunči“ fotonů.

Výzkumníci z University of Hong Kong, MIT a dalších institucí vytvořili nový zdroj fotonů generovaných z interakce svazku elektronů s speciálním fotonickým krystalem. Avšak co je zajímavé je, že tento zdroj je plně laditelný ve smyslu možnosti generování fotonů libovolné vlnové délky a to na základě rychlosti elektronů. Dnešní zdroje mají většinou omezený rozsah, jaké fotony mohou vygenerovat. Šlo by to použít například jako zdroj několika kvantově provázaných fotonů. Navíc by proces šel i otočit a pomocí vhodného rezonančního světla urychlit elektrony a to na úrovni čipu. To by mohlo být velké.

Kvantový byznys, investice, granty

Izrael už uvolnil 30M USD pro konsorcium šesti společností (Elta Systems, Quantum Art, Classiq, Qedma, and Rafael Advanced Defense Systems) pro realizaci dvou kvantových počítačů – ze supravodivých qubitů a uvězněných iontů do tří let. Oba kvantové počítače by měly mít desítky qubitů.

Nizozemí, Německo a Francie podepsali dohodu o užší spolupráci v oblasti kvantových technologií.