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

Kvantové počítače

Tady najdete pěkný přehled toho, co v oboru dělá NVIDIA.

Už to budou 4 roky, co Google oznámil svou kvantovou nadvládu na tzv. Random Circuit Sampling (RCS) problému. Který sice není nijak praktický, ale ukazuje, kde klasické kvantové počítače už nestíhají. Google původně tvrdil, že klasický počítač by potřeboval 10 000 let. IBM později ukázalo, že by stačilo 2.5 dne. Tehdy Google použil 53 qubitů a hloubku algoritmu 20. Zajímavostí RCS problému je, že s každým přidaným qubitem velikost problému nabobtná dvakrát. Nyní Google zopakoval experiment na novější, druhé generaci procesoru Sycamore se 70 qubity a hloubkou 24. Nyní by se již opravdu mělo jednat o kvantovou nadvládu. Pro porovnání použili i novější metody, které použilo i IBM proti dřívějším výsledkům.

Vědci z Microsoftu, AWS a ETH Zurich publikovali článek, kde se snaží upřesnit na pravou míru hype kolem kvantových počítačů. Rozhodně zajímavé čtení. Přečtěte si to celé, abyste si udělali kompletní obrázek. Vybrané důležité myšlenky: kvantové počítače budou dobré na velké výpočty na malých datech. Ne velkých. Dle jejich simulací, kvantové počítače budou mít výhodu hlavně tam, kde mohou nabídnout exponenciální výhodu, tedy simulace kvantových systémů pro problémy v chemii, materiálovém výzkumu a kvantové fyzice a samozřejmě Shorův algoritmus (louskání asymetrického šifrování). Teoreticky, exponenciální zrychlení je i pro řešení lineárních rovnic. Avšak pokud bychom data do matice měli nahrát z venku (a ne si je nějak sami spočítat), tak to výhodu značně snižuje, možná ruší. Naopak, aplikace s maximálně kvadratickým zrychlením, jako jsou současném přístupy ke kvantovému strojovému učení (pokud nemáte rovnou kvantový input), Monte Carlo simulace, skládaní proteinů a chemický výzkum pomocí Groverova vyhledávacího algoritmu, nebo tradičnější vědecké počítačové simulace, včetně řešení nelineárních systémů rovnic, jako je dynamika tekutin v turbulentním režimu, simulace počasí a klimatu, nedosáhnou v dohledné budoucnosti kvantové výhody se současnými kvantovými algoritmy. Obecně, jedna z největších překážek je tzv. I/O problém. Tedy, jak rychle a efektivně převést klasická data na kvantová a dostat jej do kvantového počítače.

Kvantový software a algoritmy

Pěkný názorový příspěvek popisující, že čím dál více čistě kvantově-softwarových startupů přichází s kvantově inspirovanými produkty. Tedy takové, které jsou čistě klasické, ale samotný přístup k řešení je inovativní a právě inspirovaný tím kvantovým.

Qiskit Machine Learning je nyní ve verzi 0.6. Základní architektura je stejná, tedy podporuje to jak jádrové metody (kernel methods) tak přístup na bázi neurálních sítí a samozřejmě kvantové algoritmy. Nicméně najdete tam spoustu novinek jak u nových kvantových jader tak u kvantových neurálních sítí.

Terra Quantum a Thales ukázali, že pomocí hybridního kvantového přístupu mohou nabídnout lepší řešení, lepší optimalizace v oblasti v plánování satelitních misí. Oznámení je plné velkých slov, ale dočtete se, že je to také o přístupu k řešení problému, použití zpětnovazebného učení, atd. Takže otázka, jak velkou roli hrálo to „kvantum“ je velmi nejistá. Přirozeně, kvantový startup chce primárně prodat to „kvantové“.

Kvantová bezpečnost

Konsorcium firem LACChain, Quantinuum a Tecnologico de Monterrey pracuje na platformě pro kvantově odolný blockchain. Základní zní jednoduše, použít kvantové generátory náhodných čísel pro vygenerování perfektních klíčů a následně použít PQC algoritmus Falcon-512 jak pro X.509 certifikáty tak i pro podpis jednotlivých transakcí.

Poměrně dobře napsaný článek na téma kvantově odolného šifrování (PQC) a principu nulové důvěry (zero trust) aneb jak PQC může zlepšit zero trust princip najdete na VentureBeast. Níže si dovoluji převzít jejich tabulku o využití PQC pro různé oblasti zero trust.

ETSI vydalo další dokument ohledně QKD s doporučeními. Tentokrát ETSI GS QKD 016 se zabývá tzv. Protection Profile (PP), česky profil ochrany. PP je důležitou součástí certifikace bezpečnosti informačních technologií minimálně dle normy ISO/IEC 15408. Jedná se o další z kroků, které přibližují QKD bližšímu praktickému nasazení.

Kvantové vzdělávání

IBM oznámilo nový ročník – již druhý – vzdělávacího programu Quantum Explorers. Ten je určený pro středoškoláky a výše. Jedná se o program, který si každý může projít sám vlastním tempem a je připravený v duchu škola hrou. Instrukce najdete tady.

Kvantové technologie

Technologie uvězněných iontů má různé využití od kvantových počítačů, přes kvantovou paměť v kvantové síti nebo v případě kvantových senzorů. Základ je většinou stejný. Potřebujeme uvěznit iont, což se děje pomocí elektromagnetického pole. Následně, pokud chceme vědět, v jakém je stavu, tak do iontu „šťouchneme“ pomocí laserů a uvidíme, jestli z něho vyletí foton nebo ne. Takže potřebujeme i spolehlivý jednofotonový detektor. Dosud bylo potřeba poměrně velké laboratorní zařízení. Nyní výzkumníci z NIST představili integrované řešení na čipu. Zde největší výzvou, kterou bylo potřeba překonat byl fakt, že pro udržení iontu potřebujeme vysoké napětí, tak naopak pro detekci jednotlivých fotonů potřebujeme prostředí bez takového elektrického šumu.

Kvantové provázaní fotonů není využitelné jen pro kvantové počítače nebo kvantový internet. Vědci z CalTech jej využili jako mikroskop, tzv. quantum microscopy by coincidence (QMC), který efektivně poskytuje dvakrát větší rozlišení. To nezní jako nic extra, ale jsou zde příklady významného využití. Například když chcete studovat buňky, ideální je studovat je pomocí 200 nm, tedy UV vlnovou délkou. Avšak menší vlnová délka znamená větší energii a to už není po chuti buněk, které UV světlo špatně snáší. Řešením tady právě jsou kvantově provázané fotony, kde použijeme 400 nm (zelené světlo), ale díky kvantovému provázání se efektivně dostaneme na rozlišení jako u 200 nm. Česky o tom i na osel.cz.

Výzkumníci z Heriot-Watt University pracují na prototypu kvantového lidaru pro podvodní použití. Pod vodou je často nízká viditelnost a to dost omezuje klasické kamery. Pak máme i klasické lidary, ale ty třeba mají problémy se zakalenou vodou. A pak je tu kvantový lidar, kde jsme schopni využít jeho citlivosti na úrovni jednotlivých fotonů a díky tomu může být použit i v takto obtížných podmínkách. Další výzvou bylo vytvoření uceleného 3D obrázku v takto obtížných podmínkách. Zde bylo potřeba vyvinout a aplikovat celou sadu nových algoritmů.

Kvantový byznys, investice, granty

PsiQuantum rozšířilo spolupráci s SkyWater Technology. SkyWater je americký vývojář a výrobce křemíkových optických čipů.

Austrálie je další zemí, která vydala svou národní kvantovou strategii. Dobře a podrobně rozepsaná práce, která mapuje současné kvantové schopnosti a jasně nastiňuje cíle do budoucna.

A Německo připravilo akční plán, v rámci kterého dá 3 miliardy EUR do kvantových technologií. Samotný akční plán neboli kvantovou strategii v němčině najdete zde. Základní cíl je do roku 2026 mít 100-qubitový kvantový počítač a následně se dostat na 500 qubitů. Peníze však nejsou jen kvantový počítač samotný, ale na podporu rozvoje samotného kvantového ekosystému v Německu včetně dodavatelských řetězců, atd.

SandboxAQ (Google spin-off) se spojil s City University of New York a budou poskytovat kvantové vzdělání a i vytvoří společnou laboratoř v oblasti fotoniky.

Německý startup plancq společně s Menlo Systems a ParityQC získalo grant 29M EUR od German Aerospace Center (DLR) na vybudování a dodání kompletního kvantového počítače/simulátoru na bázi neutrálních atomů s 100 qubity. DLR je v oblasti kvantového počítání velmi aktivní a jedná se již o několikátý projekt v oboru.