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

Kvantovky v česku

V Ostravě se již instaluje první kvantový počítač na českém území. Pro připomenutí, bude umístěn vedle superpočítače Karolina v IT4Innovation. Bude mít 24 qubitů propojených do hvězdicové topologie, tedy každý qubit je propojen s každým. A jmenovat se bude „Vlk“.

Kvantové počítače

​Vědci z QuTechu ve spolupráci s Fujitsu a Element Six dosáhli významného pokroku v oblasti kvantového počítání tím, že na diamantovém kvantovém čipu realizovali sadu kvantových hradel s chybovostí pod 0.1 %. Tento úspěch zahrnuje jednobitová hradla s chybovostí až 0.001 % a dvoubitová hradla s chybovostí pod 0.1 %, což je klíčové pro implementaci efektivních kvantových algoritmů a korekce chyb. K dosažení těchto výsledků tým použil ultračisté diamanty s nízkou koncentrací izotopu uhlíku-13 a navrhl hradla, která pečlivě decouplují spinové qubity od okolního šumu. Tato práce představuje důležitý krok směrem k realizaci škálovatelných kvantových počítačů využívajících spinové qubity v diamantu.

Quantinuum H2-1 kvantový procesor úspěšně udržel výpočty na 56 qubitech při řešení problému MaxCut, což je významný pokrok, protože tento výkon přesahuje možnosti klasických simulací. Test zahrnoval použití více než 4 600 dvouqubitových hradel bez ztráty koherence – to už je hodně dlouhý algoritmus, zvláště pro uvězněné ionty. Algoritmus QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) byl aplikován na 19 kvantových systémů od pěti různých dodavatelů, včetně IBM, IonQ, Rigetti a IQM. Výsledky ukazují, že Quantinuum dokáže udržet koherenci i při větším počtu qubitů, což je klíčové pro další kvantové algoritmy.

Julian Kelly, ředitel hardwaru v Google Quantum AI, uvedl, že praktické kvantové aplikace by mohly být dostupné za pět let. To je to hlavní poselství. Když to dáme do kontextu. Google ke konci minulého roku představil Willow, kde hlavní roli hrála korekce kvantových chyb, která byla rychlejší než vnik samotných chyb, jednoduše řečeno. Ihned se vyrojily spekulace, jako obvykle hlavně kolem bitcoinové komunity, že za chvíli prolomí šifrování apod. Avšak ono to bude pomalejší. Za těch pět let budeme v situaci, že opravdu kvantové počítače budou v něčem s jistotou lepší než klasické počítače (taková prohlášení tu máme již dnes, ale bez té jistoty, která zatím nikdy nevyšla). Avšak to neznamená, že to bude dostatečně výkonný/velký kvantový počítač aby rozbil šifrování.

Výzkumný tým z JPMorganChase, Quantinuum, Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory a University of Texas at Austin dosáhl významného pokroku v kvantovém počítání. Pomocí 56-qubitového kvantového počítače Quantinuum H2-1 experimentálně demonstrovali generování certifikované náhodnosti, což bylo ověřeno klasickým superpočítačem s výkonem přes 1,1 exaFLOPS. Tento milník má potenciální aplikace v kryptografii, spravedlnosti a ochraně soukromí. Výzkumníci použili protokol Random Circuit Sampling (RCS) k rozšíření náhodnosti, což je úloha, kterou nelze klasicky simulovat. Certifikovaná náhodnost byla matematicky ověřena pomocí klasických superpočítačů, což potvrzuje schopnost kvantového systému generovat entropii mimo dosah klasických metod.

Kvantové algoritmy a software

​Společnost Fujitsu ve spolupráci s University of Osaka, Systems Engineering Consultants Co., LTD. a TIS Inc. uvedla na platformě GitHub nový open-source software pro provoz kvantových počítačů, nazvaný Open Quantum Toolchain for Operators and Users (OQTOPUS). Tento nástroj umožňuje univerzitám a firmám snadnější zpřístupnění kvantových počítačů prostřednictvím cloudu bez nutnosti samostatného vývoje rozsáhlého softwaru. Software pokrývá celý proces od nastavení až po samotný provoz a lze jej přizpůsobit specifickým potřebám uživatelů, což představuje významný krok směrem k praktickému využití kvantových výpočtů. Zde je odkaz na GitHub.

​Společnost Orange Quantum Systems představila nový operační systém OrangeQS Juice, navržený speciálně pro výzkumné laboratoře zabývající se kvantovými technologiemi. Tento full-stack systém poskytuje jednotné rozhraní pro řízení, monitorování a ladění složitých kvantových systémů, čímž řeší klíčové výzvy, jako je koordinace více přístrojů, korelace dat v celém systému a spolupráce při experimentech. Optimalizován pro výzkum kvantového počítání a vývoj qubitů, Juice integruje hardwarovou abstrakci a přizpůsobitelné API pro snadnou integraci s nástroji třetích stran. Plánuje se, že open-source verze bude dostupná do konce roku 2025, což umožní širší adopci v komunitě.

Classiq Technologies dosáhl významného pokroku v kvantovém počítání pro finanční aplikace, když dosáhl až 95% komprese kvantových obvodů v Monte Carlo simulacích pro řízení rizik kreditního portfolia. Projekt byl realizován ve spolupráci se společnostmi Sumitomo Corporation a Mizuho-DL Financial Technology, které zkoumaly proveditelnost kvantových algoritmů v reálných finančních aplikacích. Monte Carlo metody, běžně používané ve financích pro oceňování derivátů a hodnocení rizik aktiv, jsou výpočetně náročné kvůli velkému počtu náhodných scénářů. Mizuho-DL FT zavedla nový přístup využívající pseudo-náhodné generování čísel ke snížení počtu potřebných qubitů, což však vede k hlubším obvodům, které mohou ovlivnit toleranci chyb. Classiq využila svou platformu pro návrh kvantových obvodů, Qmod, k generování a kompresi obvodů pro tradiční i pseudo-náhodné kvantové Monte Carlo simulace. Studie ukázala, že oba typy obvodů lze komprimovat až o 95% v hloubce při zachování výpočetní přesnosti a bez významného zvýšení počtu qubitů. Tento pokrok snižuje náchylnost k šumu a spotřebu hardwarových zdrojů, což jsou klíčové překážky v současném kvantovém počítání.

Phasecraft vyvinul nový algoritmus THRIFT (Trotter Heuristic Resource Improved Formulas for Time-dynamics), který umožňuje kvantové simulace běžet 10krát větší a 10krát delší dobu při výrazném snížení složitosti obvodů a výpočetních nákladů. Algoritmus optimalizuje simulace podle různých energetických škál v kvantových systémech, což umožňuje efektivnější implementaci do menších kroků. V testech na modelu 1D transverse-field Ising dosáhl THRIFT až 10násobného zlepšení efektivity obvodů ve srovnání se standardními metodami, aniž by obětoval přesnost. Tento pokrok zvyšuje škálovatelnost a praktickou využitelnost kvantových simulací.

Výzkumníci z Tohoku University a St. Paul’s School, London vyvinuli nový algoritmus nazvaný variational entanglement witness (VEW), který umožňuje kvantovým počítačům detekovat a chránit kvantové provázání. Tento algoritmus zlepšuje přesnost oproti tradičním metodám tím, že rozlišuje mezi provázanými a neprovázanými stavy bez poškození tohoto křehkého provázání. Metoda používá nelokální měření, která zachovávají kvantový stav, což přináší potenciální výhody pro kvantové počítání, komunikaci a kryptografii.

Kvantová bezpečnost

Společnost Cloudflare rozšířila svou platformu Zero Trust Network Access (ZTNA) o podporu post-kvantové kryptografie, čímž poskytuje organizacím možnost zabezpečit komunikaci mezi webovými prohlížeči a firemními webovými aplikacemi proti budoucím kvantovým hrozbám. Tato aktualizace umožňuje okamžité end-to-end kvantově bezpečné připojení, přičemž do poloviny roku 2025 plánuje Cloudflare rozšířit tuto podporu na všechny IP protokoly, což výrazně zvýší kompatibilitu napříč většinou firemních aplikací a zařízení.

Jak jsme na tom s integrací PQC do základních protokolů. Níže je pěkný přehled současné situace od Post-Quantum Cryptography Coalition (PQCC).

Kvantový byznys, investice a granty

Iceberg Quantum je nový startup z Austrálie, který získal 2 miliony USD v rámci pre-seed investic. Startup se zaměřuje na korekci kvantových chyb a pracuje s velkým PsiQuantum.

DeteQt získal 750,000 USD v pre-seed na komercializaci své technologie kvantového magnetometru na bázi diamantů na křemíku (Diamond-on-Silicon). DeteQt, spin-out z University of Sydney.