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

Kvantové počítače

Quantinuum, které pracuje na kvantových počítačích z uvězněných iontů, za poslední dobu vydalo několik vědeckých článků a publikovala své plány. Momentálně jejich nejlepší kvantový procesor je H2 s 32 fyzickými qubity na tzv. racetrack topologii. Ta však má velký problém se škálováním na více qubitů. Proto příští procesor H3 bude používat gridovou topologii (prostřední obrázek dole). Ta umožní mít nejen více qubitů, ale má i další výhody. Další překážkou je kabeláž. Nyní na jeden qubit potřebujete až 20 analogových linek! To asi ani nemá smysl škálovat na velké množství qubitů. Zde Quantinuum přišlo s tzv. C2LR technologií, která potřebuje jednu digitální linku na qubit a pak určitý počet analogových linek, jejichž počet již neroste s počtem qubitů. Základní myšlenka zde je, že s jednotlivými ionty v mřížce stále hýbete doleva nebo doprava a povedlo se jim s ionty hýbat s frekvencí 2.5 kHz, což stále nebude nejrychlejší kvantový počítač, ale on nemusí být nutně nejrychlejší, pokud je kvalitní. A dalším zlepšením je chlazení. Uvězněné ionty nepoužívají kryogeniku, ale jsou chlazené (aby se co nejméně hýbaly a vibrovaly) pomocí laseru. Zde vyvinuli novou metodu zvanou Phonon Rapid Adiabatic Passage (PHRAP), která je hlavně rychlejší až o řád a tím zrychluje ale i zvyšuje kvalitu samotného kvantového počítače a navíc to lze integrovat na čip. Celou architekturu pak nazývají jako QCCD – quantum charge coupled device.

Francouzský PASQAL rovněž vydal svou roadmapu. Již tento rok, 2024, PASQAL prvnímu zákazníkovi dodá mašinu se 100 qubity (Orion Beta), který by měl být schopen provést až pět milionů operací na jeden výpočet. V roce 2025 přijde Orion Gamma, který nepřidá extra moc qubitů, ale přidá hlavně kvalitu. Zásadní změna přijde v roce 2026, kdy přijde procesor Vela, který bude mít již 10 000 fyzických qubitů a jako první bude podporovat i logické qubity. V roce 2027 přijde následník Vela se jménem Pegasus, který opět bude mít podobný počet fyzických qubitů, ale lepší parametry, například počet kvantových operací vzroste na dvojnásobek. Zatím posledním v roadmapě pro 2028+ je Centaurus. Ten by již plně měl vládnout logickými qubity a být tzv.  fault tolerant quantum computer (FTQC). Těch logických qubitů by mělo být 128. Předpokládám, že představení této roadmapy je spojené s velkým oznámením z Francie, viz dole.

Finský startup SemiQon začal nabízet svůj první kvantový čip na bázi spinových křemíkových qubitů (kvantové tečky), který má čtyři qubity. Avšak více detailů zatím k dispozici není. Další novinkou od SemiQon je inovativní FDSOI-MOS (fully-depleted silicon-on-insulator metal-on-semiconductor) transistor, který je extra vhodný pro integrované obvody pracující kolem absolutní nuly, tedy přímo vedle kvantové čipu.

A takové moje malé zamyšlení. SemiQon, podobně jako IQM jsou spin-offy z VTT, což je státem vlastněná a kontrolovaná nezisková společnost s ručením omezeným. Podobné je to s TNO v Nizozemí nebo DLR v Německu. Jsou to organizace podporované částečně státem, ale primárně mají příjem z aplikovaného výzkumu. A něco takového mi v ČR chybí. Ano, máme to Akademii věd, ta dělá primárně základní výzkum, ale některé součásti i aplikovaný. Asi se pro spoustu lidí budu rouhat, ale co kdyby se uvážilo, že by se AV rozdělila na základní a aplikovaný výzkum a ať se částečně zaplatí výzkumem pro firmy a stát a v kombinaci se šikovnými lidmi, kteří tady rozhodně jsou, pak třeba bude vznikat i více opravdových deep-tech spin-offů. Každý po nich volá, ale tam, kde by měly vznikat, tak ten tah až tak moc nevidím. Moje částečná (nelze to úplně zobecňovat) zkušenost i je, že občas je to příliš peněz na základní výzkum, tak je to i menší snaha jít do aplikovaného nebo pak dále komerčního výzkumu.

Kvantový software

A je to tady, IBM oficiálně vypustilo Qiskit 1.0. Stalo se tomu tak po několika měsících testování beta verze verze 1.0. Mezi nejvýznamnější novinky patří: podpora OpenQASM 3, lepší strukturovanost celého frameworku a nyní vydávání nových verzí nerozbije software na té původní. Což byl častý případ verzí před 1.0 a to i z osobní zkušenosti. Dále i API by mělo být stabilnější, nový design primitives, lepší výkon a spotřeba paměti

Spolupráce Izraelského Classiq a Francouzského Alice&Bob by měla přinést emulátor logických qubitů na bázi cat qubitů, na kterých dělá Alice&Bob. Alice&Bob má smělý plán dosáhnout 100 logických qubitů s chybou 10^-8 za jednu kvantovou operaci. A k tomu jim pomůžou i národní francouzské peníze viz níže.

Krátce: Intel představil své kvantové SDK ve verzi 1.1. # Objevil se nový framework pro simulace fotonických kvantových počítačů Piquasso.

Kvantová bezpečnost

HP oznámila nové počítače, jejichž firmware bude odolné vůči kvantovým počítačům, tedy bude používat post-kvantové šifrování a to skrze upgrade Endpoint Security Controller (ESC).

Post-kvantový startup QuSecure vydal nový produkt, který se nasadí již na stávající Cisco router-to-router komunikaci a zabezpečí tento spoj post-kvantovým šifrováním. Navíc produkt má funkci krypto-agility, to znamená, že je relativně jednoduché změnit šifrovací algoritmus.

Kvantový byznys, investice a politika

Francie patří mezi ty aktivnější země v kvantovém světě. Jejich národní kvantová strategie počítá s investicemi až za €1 bilión za 4 roky. Jedním z programů je PROQCIMA jehož cílem je postavit vlastní národní kvantový počítač s alespoň 128 logickými qubity do roku 2032 a alespoň 2048 logických qubitů v 2035. To je hodně odvážné. PROQCIMA je koncipována jako soutěž, podobně jako to dělá DARPA. Bude to mít tři fáze (concept, maturation, and industrialization) kde do každé vyšší fáze postoupí jen ti nejlepší. Do první fáze za celkem €500 milionů byly vybráni Alice&Bob, C12, Pasqal, Quandela a Quobly. Do druhého kola postoupí již je tři týmy a do posledního jenom dva. Z tohoto také vyplívá, že zde není požadavek na konkrétní typ qubitů.

Startup Quantistry z Německa získal na investicích €3 milióny. Quantistry pracuje na chemických simulacích za pomocí kvanta a AI.

A na konec jedna podpultovka: proslýchá se, že vybrané instituce už mají českou národní kvantovou strategii k připomínkování. Tak snad se brzo dočkáme i zveřejnění a pak se na ní tady spolu podíváme.