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

Kvantová fyzika

Citlivé detektory světla se chovají jinak, než si vědci dosud mysleli. Zjistili to fyzici Josef Hloušek, Ivo Straka a Miroslav Ježek z katedry optiky Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci (PřF UP), kteří při výzkumu zaměřeném na jednofotonové detektory pozorovali nové děje.

Kvantové počítače

Pro ty spíše novější čtenáře, zde najdete pěkný článek, který shrnuje současné výzvy v oblasti kvantových počítačů.

Jedna z výzev pro některé typy kvantových počítačů, kde qubity jsou ovládány pomocí mikrovlnných signálů, je jejich přímé napojení na kvantovou síť a pak případně na kvantové distribuované počítání. Zde laboratorně pokrok demonstrovali vědci z Chicago Quantum Exchange. Použili laserem vybuzené atomy rubidia, které následně přijímají mikrovlnné fotony a pak při opět laserem řízené deexcitaci vyzáří optický foton, které je už vhodný pro kvantové sítě. Hlavní tajemství pro dosažení této schopnosti jsou poslední pokroky v tzv. dutinové kvantové elektrodynamice (cavity quantum elecrodynamics), kde jsme schopni uvěznit jeden foton v supravodivé vysoce odrazivé komůrce a tím jej pak spíše donutit k interakci s atomem uvnitř.

Dceřinka Deutsche Telecom, T-System, oznámila, že zákazníkům bude nabízet formou služeb (konzultace, poradenství) i kvantové know-how a trénink. A to včetně přístupu ke kvantovým počítačům od IBM skrze cloud. To odpovídá trendu. Všichni velcí hráči na poli digitálních řešení, cloudových služeb či IT poradenství, kde si uvědomují, že s velmi vysokou pravděpodobností se v budoucnu kvantovým počítačům nevyhnout. Takže je lepší začít dříve než později.

ESA (Evropská vesmírná agentura) financuje projekt QC4EO, jehož cílem je provést studii, jestli by kvantové počítače mohly poskytnout nějakou výhodu v oblasti sledování země a co případně je potřeba k tomu vyvinout v oblasti hw i sw.

Kvantový software

Microsoft a KPMG spojili síly a na Microsoft Azure Quantum cloudu bude k dispozici i kód třetí strany, tedy KPMG. To pracuje na optimalizačních problémech, kde svůj kód transformovali do Q# a QIR aby se dostali ke kvantovým počítačům série H od Quantinuum. Ta hlavní motivace je, že zatím jen tyto kvantové procesory umožňují věci jako znovupoužití qubitu, jeho změření uprostřed obvodu či nabízí tzv. all-to-all konektivitu. A nyní tento algoritmus je k dispozici i dalším uživatelům Azure.

Core fanoušci kvantového software, vývoje a algoritmů jistě ocení tento blogový příspěvek od Briana Siegelwaxe „Quantum Computing Product Menu“.

JP Morgan Chase a QC Ware vydali článek, kde studují využití kvantových počítačů pro tzv. hluboký hedging.

Kvantové sítě

Vědci z University of Oxford publikovali své výsledky ohledně vhodné kvantově paměti pro kvantové opakovače. Problém kvantových sítí je, že fotony v optických kabelech se ztrácejí exponenciálně. To znamená, že by ideálně každý 80-100 km měl být tzv. opakovač, který daný foton přijme a znovu vypustí. Avšak, pokud chceme pracovat i s kvantovým provázáním, tak daný foton v opakovači nemůžeme změřit a znova vygenerovat, ale musíme si jej uchovat v kvantové formě, tedy kvantové paměti. A to je výzva, taková paměť by měla udržet danou kvantovou informaci po nějakou dobu. Navíc, kvantová paměť je většinou realizovaná pomocí atomů. A pokud si představíme, že v kvantové síti máme nějaký provoz, tak je záhodno jej oddělit od paměti, aby nedošlo k interferenci. Ale zároveň musí nějak se sítí komunikovat. Vědci v Oxfordu představili následující postup. Využívají dva ionty. Prvním je iont stroncia, který je uvězněný stejně jako u kvantových počítačů na bázi uvězněných iontů. Tento iont může vygenerovat foton a ten navíc bude kvantově provázán s vlastním iontem stroncia. Avšak stroncium je velmi citlivé na všudypřítomné rušivé magnetické pole a kvantovou informaci moc dlouho neudrží. Proto tam výzkumníci přidali iont vápníků, který není citlivý na magnetické pole. Tedy, kvantová informace se ze stroncia přenese na iont vápníku, který dokáže udržet kvantovou informaci až 10s – což je hodně dlouhá doba, 1000krát déle, než informaci udrží stroncium. Stroncium pak může být znovu použito pro vygenerování dalšího fotonu. Shrnuto, iont vápníku funguje jako procesní qubit, zatímco iont stroncia jako síťový qubit, který generuje fotony.

V Indii spustili první QKD spoj mezi ministerstvem komunikací s Národním centrem informatiky. Zároveň uspořádají hackathlon, kde jsou zváni etičtí hackeři, aby zkusili nabourat a případně proniknout dovnitř šifrování.

Pod hlavičkou EU Quantum Flagship byl spuštěn nový projekt Quantum Secure Networks Partnership (QSNP). Jeho cílem je vývoj a nasazení kvantových sítí pro bezpečný přenos informací. Projektu se účastní více 40 entit z celé Evropy zahrnující akademické instituce, startupy, velké společnosti a telekomunikační operátory. Projekt je nastaven na 3.5 roků s rozpočtem 25M EUR. Konkrétněji, definovány jsou tři cíle: vývoj QKD, integrace do telekomunikačních sítí a vytvoření různých use cases. Za ČR je zde jediný zástupce a to Univerzita Palackého.

Kvantová bezpečnost

QuSecure a Accenture oznámili, že se jim podařilo implementovat a otestovat kvantově odolné šifrování (PQC) pro datovou komunikaci se satelity z různých orbit. Je to další demonstrace, že půjde PQC implementovat i do stávajících satelitních systémů. Ohledně právě kyberbezpečnosti satelitů je čím dál větší diskuse. Zvláště, když se pro nás stávají více a více důležité a zároveň fyzický přístup k nim je extrémně obtížný, občas nemožný (levnější je tam vypustit něco nového).

Kvantový byznys, investice, granty

A tohle je zajímavé, čínské organizace (např. Beijing Academy of Quantum Information Sciences) a firmy (např. Baidu) se spojily, aby vytvořili jednu právní entitu, která bude spravovat jejich patentové portfolio, které si pak nějak mezi sebou budou sdílet, tzv. pooling. Navíc tím chtějí vytvořit sílu, která více promluví hlavně do standardizace.

TOP 12 kvantových startupů v Evropě, které bychom měli sledovat dle investorů.

Rigetti publikovalo výsledky za Q4 2022. Nejzajímavější je, že za Q4 utržili 6.1M USD, což je významný skok, neboť za celý rok to dělá 13.1M USD a Q4 2021 jen 1.8M USD. Ale jinak jsou stále v hluboké ztrátě. Ale to je normální a očekávané u všech vývojářů kvantových počítačů dokud nebudou mít pořádný kvantový počítač, co by prodávali.

A podobně své výsledky zveřejnilo Quantum Computig Inc. (QCI). QCI má zisk jen 136k USD a ztrátu necelých 39M USD. Avšak QCi tento rok pracovalo hlavně na integraci QPhoton, který koupili. A rok 2023 by měl být rok, kdy na trh dodají i hardwarové produkty. Tak uvidíme, jak se jim bude dařit. Na burze se zatím drží, cena akcii se drží nad jedním dolarem, momentálně 1.22 USD.

Více a více států stanovuje své kvantové strategie, nejnověji takový dokument vydalo Švédsko a během své národní kvantové konference i Francie. U nás se zatím nic takového nepřipravuje. Osobní názor autora: Ačkoliv u nás jsou tlaky na nějakou formu kvantové strategie, hlavně ze strany akademických institucí, tak zatím je odezva minimální. Dle mého názoru, kromě toho, že v ČR jsme v mnoha věcech více pozadu (na vládně-politické úrovni), tak dalším problémem je lokální kvantový ekosystém. Snad ve všech zemích, kde mají nějakou kvantovou strategii, tak tam již funguje lokální kvantový ekosystém skládající se z akademických institucí, startupů a někdy i větších podniků. Ale u nás je jen ta akademická část. Ta, ačkoliv dělá vynikající základní a částečně i aplikovaný výzkum na skvělé úrovni, tak zatím, alespoň dle mých znalostí, tak se neblíží k tomu, aby představila nějaký výzkum, který by přímo směřoval k nějakému produktu – tedy k vlastnímu kvantovému počítači, kvantovému spoji pro komunikaci (to co máme je z většiny nakoupeno od ID Quantique), nebo nějaké senzory pro praktické aplikace. Zde, dle mého chybí větší podnikatelských duch místních profesorů a výzkumníků. Z mé zkušenosti, kdy jsem mluvil se zástupci mnoha či analyzoval různé kvantové startupy (z pozice poradce VC investorů), tak velká většina z nich byla minimálně založena profesory/výzkumníky, kteří jsou stále aktivní na daných univerzitách. Někdy jimi jsou i ty startupy řízené, někdy si na to najdou jiné lidi.