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

Kvantová fyzika

Objevila se práce publikovaná v Physic Review Letter (jeden z nejvýše impaktovaných časopisů ve fyzice), která tvrdí, že kvantová superpozice a kvantové provázání jsou určitým způsobem propojené. To je i není překvapivé. Na jednu stranu kvantová fyzika ukázala, že funguje velmi velmi dobře. Na druhou stranu víme, že to stále není konečná teorie a něco více za tím musí být. Už jen kvůli propojení kvantové mechaniky a gravitace. Toto nové spojení dvou kvantových vlastností nelze studovat v rámci kvantové mechaniky samotné. Zde vědci použili zobecněné pravděpodobnostní teorie. Svůj objev studovali na QKD protokolu BB84 naznačující, že i přes tento objev a s potenciálně novou fundamentální teorií (která se musí ještě objevit), by se mělo stále jednat o bezpečný protokol. Tak uvidíme, jaké další důsledky to bude či nebude mít.

Kvantové počítače

Výzkumníci z Fermi National Accelerator Laboratory přišli s novým řídícím a vyčítacím systémem pro supravodivé qubity na bázi FPGA, který významně zvyšuje schopnosti supravodivých qubitů. Celý řídící a vyčítací systém včetně korekce chyb a mikrovlnné elektroniky je integrované do jedné desky. A jedna taková deska může obsloužit až 8 qubitů. Jedná se o další důležitý směr výzkumu, jen vylepšování qubitů nepůjde do nekonečna a konec konců má i limity.

Toto roste, už tu máme třináct poskytovatelů kvantového cloudu, tedy přístupu ke kvantovým počítačům skrze internet pro veřejnost (zdarma i placené). Tak jestli je znáte všechny: IBM Q, Google Quantum AI, Xanadu, Forest (Rigetti), Amazon Bracket, Microsoft Azure Quantum, Qunatum Inspire (QuTech), Forge (QC Ware), D-Wave, AQT, Oxford Quantum Circuits, Alibaba, Quantinuum.

Již před nějakým časem psal o SpinQ a že nabízí osobní kvantový počítač pro výukové účely SPinQ Gemini za 5000 USD. Jak si jej už někteří kupují, tak je více informací. Jinak qubity jsou na bázi jaderné magnetické rezonance. Víte, že vůbec první kvantový počítač fungoval na stejné bázi a byl vyvinut v IBM?

Vědci z Argonne National Laboratory demonstrovali nový typ qubity na bázi volných elektronů. Což zní trochu šíleně si představit, jak takový elektron udržet a spolehlivě s ním pracovat. V tomto případě trik je, že vědci vzali neon, který zmrazili do pevného skupenství ve vakuu. Elektron je pak uvězněn na povrchu takového materiálu pak. Tento typ qubity vykazuje dlouho dobu koherence, jinak řečeno minimální interakci s okolím. Toho je dosaženo právě použitím neonu, který je jeden z šesti nejvíce inertních atomů.

QuTech, Fujitsu a Element Six představili další pokrok u spinových qubitů na bázi NV center, kde dosáhli tzv. logického qubitu. Toho dosáhli na nejnovějším kvantovém procesoru s 29 qubity a pro jeden logický qubit použili konkrétně 5 logických qubitů plus dva další qubity pro indikaci chyby. Takovýto logický qubit dosáhl velmi dlouhé doby koherence a odolnost vůči ztrátě informaci z důvodu kvantových chyb. Jedná se o významný krok pro tento typ qubitů. Avšak, velkou výzvou je to škálovat na mnohem větší množství qubitů.

Kvantové algoritmy a software

Jste webový vývojář a chtěli byste se zapojit i do aktivit kolem kvantových počítačů? I pro takové z vás je tu možnost. Pěkný a praktický článek od Qiskit.

Další ukázka nasazení kvantově inspirovaného algoritmu QUBO je ze společnosti Enel, která se zabývá výrobou a distribucí elektřiny. Toto řešení pomůže rychle určit optimální rozdělení činností údržby pro provozní jednotky rozmístěné v oblastech, kde působí. A to včetně nalezení nejvhodnější trasy pro servisní jednotky.

To, že optimalizační úlohy na kvantových počítačů by měli být lepší než na klasickém je jedno z klíčových motivací pro kvantové počítače. Ale přímé vědecky ověřené demonstrace (nepočítám různé PR) toho je po skromnu. Nyní vědci z Harvard University, MIT, University of Innsbruck a startupu QuEra ukázali, že na kvantovém procesoru z neutrálních atomů (spíše je to kvantový simulátor než univerzální kvantový procesor) při dostatečném množství qubitů a hloubce kvantového obvodu, již optimalizační úlohy vykazují výhodnost na kvantovém zařízení.

Kvantová kryptografie

A tohle je hodně zajímavý. Vědci z University of Copenhagen přišli s novým kvantovým protokolem pro tzv. position-based quantum encryption, tedy formu bezpečné identifikace na základě vaší pozice. Ono se vlastně jedná o žádanou věc, aby vaše pozice mohla sloužit jako vaše identifikace. To se může hodit pro banky, vládní komunikace apod. Pomocí klasických metod to není možné realizovat opravdu bezpečně. Avšak pomocí kvantových sítí ano. Co je ještě zajímavější, že k tomu stačí jen přenést jeden qubit (s použitím druhého, kvantově provázaného) a plus několik klasických bitů. Sice oproti QKD to potřebuje i kvantové provázání, ale na druhou stranu stačí těch qubitů minimální množství. Osobně tohle považuji za jednu ze zásadních nových motivací, proč budovat kvantové sítě.

Češi jsou poměrně velcí fandové do blockchainu, krytoměn apod. Tak pro takové z vás sem přináším odkaz na jeden ze serióznějších reportů ohledně kryptoměn a budoucí hrozby od kvantových počítačů od Hudson Institute.

Kvantové technologie

Kvantové senzory jsou všeho druhů a občas obtížné je uchopit jako celek. Ale pěkný přehled přinesli na IEEE Spectrum.

Nedávno jsem psal o zdroji jednotlivých fotonů z Austrálie. Dnes tu máme podobný případ z Francie. Zde vědci představili zdroj jednotlivých fotonů na požádání (on demand) na bázi kvantových teček v křemíkovém substrátu. Dokázali se dostat na čistotu (purity, tzn. že vyzářen je jeden a právě jen jeden foton) 95% při kryogenickém chlazení případně 83% při pokojové teplotě. Pokud jde o množství fotonů, jsou schopni se dostat na 1 MHz s čistotou něco málo přes 50%. Pro zajímavost, nejlepší současné zdroje dosahují až deset GHz s mnohem větší čistotou, například od startupu Aegiq. Avšak ty nepracují na bázi kvantových teček.

Byznys, investice, granty

Těžký život burzovní. Scorpion Capital vydal dlouhý report (183) stran o IonQ, který vyznívá tak, že to co IonQ dělá je jen hoax. Načež IonQ ztratilo 10% na burze. Report je postaveny i na rozhovorech s bývalými zaměstnanci a exekutivou. Některá tvrzení jsou rozumná, třeba jestli má smysl jít na burzu. Ale některá jako, že 32 qubitový procesor je jen hračka bez praktického užitku. No jasně že je. Žádný kvantový počítač dnes ještě není užitečný. Nikdo netvrdí opak. Navíc, nikdo ani nemůže zaručit, že IonQ postaví užitečný kvantový počítač. To je už riziko. Více si přečtěte tady. Dobře o tom píšou i tady. A nakonec vyjádření samotného IonQ.

SandboxAQ to rozjíždí a uzavřelo spolupráci s EY a Deloitte, což jsou jedny z největších poradenských firem na světě. Všichni tři již něco kolem kvantovek dělají. Cílem je se pak doplňovat s vlastními řešeními navzájem.

Aegiq, britský startup, který pracuje na hodně výkonných zdrojích jednotlivých fotonů získal investici přes 400 tisíc liber.