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

Kvantová fyzika

Vědci z Max-Planck Institute představili kvantový frekvenční konvektor. Jedná se o zařízení, které vezme jeden foton o jisté vlnové délce a konverguje jej na foton s jinou frekvencí, tedy s menší nebo delší vlnovou délkou. Toho je dosaženo pomocí kvantové optiky, plynné nelineární optiky a PCF vláken. Užitečné to může být pro kvantovou komunikaci, kde si tímto způsobem můžeme překonvergovat fotony ze stabilních zdrojů na nám lépe vyhovující vlnové délky/frekvence pro přenos. Výhodou představeného řešení je, že je volitelné, na jaké frekvence chcete fotony konvergovat.

Kvantové počítače

Jen pro zajímavost, už je to 6 let, co IBM zpřístupnilo kvantové počítače přes cloud.

IBM aktualizovalo svoji roadmapu pro kvantové procesory a přidalo tam čtyři nové procesory, které spatří světlo světa mezi 2023 a 2025. ◆ Prvním bude Heron s 133 qubity v 2023. V roce 2023 byl oznámen i Condor s 1 121 qubity. To na první pohled vypadá jako krok zpět. Avšak Heron přijde s důležitými změnami v architektuře a designu, které pak pomohou dosáhnout více qubitů později. U Heronu bude další novinka a to možnost použití více čipů Heron spolu, které budou řízené stejným řídícím systémem. Nicméně komunikace mezi nimi nebude kvantová ale klasická – tedy nelze to považovat jako jeden velký procesor. Výhoda bude, že když tam budou tři čipy, tak daný problém se vyřeší třikrát rychleji než jen na jednom čipu. Navíc to jde ruku v ruce se softwarovým vývojem u IBM, kde inteligence zkusí rozsekat váš kód po menších kusech s méně qubity a k tomu směřuje i design procesoru Heron. ◆ V roce 2024 tento systém ještě vylepší a dané tři procesory budou schopné komunikovat i kvantově což povede k novému procesoru Crossbill s 408 qubity. Podobně v roce 2024 přijde i Flamingo s 1386+ qubity skládající se opět ze tří čipů po 462 qubitech spojených do jednoho. Rozdíl mezi Flamingo a Crossbill je, že Crossbill bude kombinovat tři čipy v jednom mrazáku, tedy umístěné vedle sebe. Což je jednodušší pro propojení. Flamingo propojí tři čipy v různých mrazácích, tedy daleko od sebe. ◆ V roce 2025 plánuje IBM spojit tři a více procesorů Flamengo s výsledkem 4 158+ qubitů zvaný Kookaburra. Celý tento progres bude podpořen i značným vylepšením na softwarové straně, ne jen hardware.

ColdQuanta oznámilo zpřístupnění svého kvantového počítače Hilbert na bázi chladných neutrálních atomů. Zatím bude přístup jen ve fázi beta verze a jen pro vybrané zákazníky a partnery.

IonQ v rámci svého cloudu umožňuje přístup k nativním kvantovým branám. Kvantový obvod se skládá z řady různých kvantových bran, které si sami můžeme i nadefinovat. Ve skutečnosti lze ukázat, že libovolnou kvantovou bránu lze reprezentovat jen pár branami, například třemi, které tvoří bázi. Jedná se o brány, které se přímo implementují na qubity na fyzikální úrovni. A různé typy qubitů mohou mít různý základní set bran. A pokud pošlete nějaký svůj obvod, ten pak projde přes kompilátor, nějaké optimalizace a výsledkem je kvantový obvod jen se základními branami, které jsou přímo na kvantový procesor. A tady přímý přístup znamená, že vám kód nepůjde přes kompilátor a optimalizace. To je žádoucí při vývoji jiných optimalizací nebo benchmarku apod.

Kvantový software a algoritmy

Izraelský startup Classiq vyhlásil kvantovou programovací soutěž s peněžními cenami v součtu 25 tisíc USD. Soutěž se bude skládat za čtyř problémů, kde cenu získají vždy tři nejlepší řešení. Pak se rozdá ještě pár cen za nejinovativnější řešení. Cílem je najít ještě optimálnější kvantové obvody. Registrovat se a soutěžit můžete tady ;-)

Kvantové sítě a kryptografie

Jen taková zajímavost. Kvantové sítě pro QKD mohou přesně detekovat a lokalizovat zemětřesení.

Snad každý čtenář tady už ví, jak kvantový počítač představuje hrozbu. Ale není na škodu si to stále připomínat, nebo ukazovat nově příchozím. Kvantové počítače, zhruba za 10-15 let, budou schopny rozlousknout většinu současných asymetrických šifer. To jsou ty, které používáme na internetu a komunikaci po síti. Avšak ta hrozba nebude pro internet za těch 10-15 let, to budeme mít jiné odolnější šifrování. Problém je to teď, kde se uplatňuje strategie „posbírej teď, rozšifruj později“. Tedy, zde záškodníci, např. Čína, již aktivně sbírají zašifrovaná data s veřejnými klíči a v budoucnu si je rozšifrují. A to je problém pro data, která by měla být utajená v delším horizontu. Těmi jsou například obchodní data, design zbraní, složení léčiv, naše biologické identifikační záznamy, lékařské záznamy atd. Více třeba tady.

Kvantové technologie

Vědcům z Universite Paris-Saclay se podařilo modifikovat supravodivý čip, který nyní dokáže vygenerovat až 6 mikrovlnných jednotlivých fotonů kolem 4.4 GHz. Zatím teda bez kvantového provázání. Z pohledu kvantové optiky, jednoduše řečeno, velká část kvantových protokolů funguje bez omezení na vlnovou délku fotonů. Pro nás je nejjednodušší pracovat s optickými fotony, protože už to máme zvládnuté. Ale jsou zde jiné aplikace, například kvantový radar nebo QKD, kde jeden z největších nedostatků je právě zdaleka nedostačující zdroje kvantově provázaných mikrovlnných fotonů. Jejich jedna z hlavních výhod je lepší prostupnost atmosférou.

Byznys, investice a granty

Ještě jednou k případu IonQ a jejich „shortingu“ ze strany Scorpion Capital. Pěkné shrnutí tohoto případu a obecných očekávání od investic do kvantových počítačů najdete na QCR.

Společnost ColdQuanta kupuje startup Super.tech. Super.tech je startup pracující na vývoji kvantového software a optimalizacích na softwarové úrovni. To zapadá do portfolia ColdQuanta, které pracuje primárně na hardware.

Ze stealth vzešel další startup Diraq z Austrálie, který se zaměřuje na vývoj kvantových procesorů na bázi spinových qubitů z kvantových teček na CMOS čipech.

Pasqal a BMW spolu pracují na projektu, jehož cílem je vylepšit aplikaci pro modelovaní formování kovových částí. Jedná se tedy o řešení diferenciálních rovnic. Podobně spolu spolupracují Volkswagen a Terra Quantum.