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

Kvantové počítače

Čínský startup Origin Quantum Computing oznámil, že zpřístupnil svůj nejnovější kvantový procesor Wukong online a dokonce do 6. února je přístupný zdarma. Wukong má již 72 supravodivých qubitů. Jedná se o poměrně velký skok v čínském startupu. Wukong je procesor třetí generace, kde předchozí dvě byly významně menší s 6 a 24 qubity. Dále se chlubí průměrnou fidelitou pro jedno qubitové operace 99.69% a dvou qubitové operace 96.27%. Zatím se jedná o kvalitativně horší QPU než porovnatelné procesory u IBM, Google nebo Rigetti.

Vzniklo konsorcium firem Siemens Digital Industries Software, sureCore a Semiwise jehož cílem je vyvíjet CMOS elektroniku, která bude fungovat i při teplotách kolem absolutní nuly. To je samozřejmě hodně zajímavé zvláště pro supravodiví kvantové počítače, kde je žádoucí co nejvíce elektroniky dát dovnitř kryostatu namísto tahání kabelů ven.

Vědci z USA a Japonska udělali další krok k praktičtějším kvantovým výpočtům za použití qubitů z NV center. NV centra jsou malé deformace, kde jeden elektron přebývá nebo chybí díky vložení jiného atomu do mřížky a toho lze využít pro qubit. Dalším krokem je, pokud máme více qubitů, tak chceme aby s sebou komunikovali. Jenomže NV qubity mají dosah jen nanometry, což je jednak hodně málo a taková interakce mezi dvěma qubity pak ovlivňuje i ostatní qubity. Zde výzkumný tým použil magnetického materiálu, kde interakce mezi qubity probíhá pomocí kvantové kvazičástice magnon, který má dosah jednotek mikrometrů. Navíc to lze postavit selektivně, že jen dva qubity budou spolu komunikovat i když třetí je mezi nimi.

Společnost QuEra (kvantové procesory na bázi neutrálních atomů) představila svou roadmapu na příští tři roky. Již minulý rok QuEra představila svůj analogový kvantový počítač Aquila s 256 qubity (psali jsme zde) a také na jejich systémů vytvořili 48 logických qubitů společně z vědci z MIT a Harvardu (psali jsme zde). Tento rok (2024) chtějí zákazníkům nabídnout mašinu s více než 256 fyzickými a 10 logickými qubity (těch 48 je jen základní výzkum, nic hotového pro komerční využití). Rovněž by měli poskytnou vlastní simulátor logických qubitů. Nicméně stále se jedná o analogový kvantový počítač, ne univerzální. V roce 2025 je v plánu se dostat na 3000 fyzických a 30 logických qubitů a měli by přidat i tzv. T bránu, což pak udělá z jejich počítače opravdu univerzální výpočetní mašinu, ne jen kvantový simulátor. V roce 2026 by se rádi dostali na více než 10 000 fyzických a 100 logických qubitů. A to by již mohla být revoluce kde by mohli dosáhnout opravdové kvantové výhody. Neboť těch 30 logických qubitů v 2025 stále umíme simulovat na klasických počítačích, takže žádnou výhodu nelze očekávat. Je to ambiciózní, ale i reálný. Záleží jak dobré budou ty logické qubity. Budeme jim držet palce.

Minulý týden jsem psal o tom, že číňani vytvořili na supravodivých qubitech tzv. magické kvantové stavy (nic magického, je to jen název) a dosáhli lepší fidelity. Nyní podobný výzkum publikovali vědci z IBM v Nature. Obecně takový magický stav je určitý algoritmus, ten je však relativně náročný. V IBM jej dokázali vytvořit efektivněji díky nové funkci jejich kvantových procesorů zvané dynamické obvody. A proč je to tak důležité? Čím dál častěji píšu o korekcích kvantových chyb. Jenomže většina těchto korekcí se dají použít jen tzv. Cliffordovy kvantové operace (H, S a CNOT hradla). Jenomže toto není úplný set kvantových hradel a pomocí nich můžete vytvořit jen některé algoritmy, na všechny. Aby jste byli opravdu univerzální, musíte podporovat i další ne-Cliffordovy hradla jako jsou T nebo Toffoliho hradla. A právě pomocí magických stavů lze aplikovat korekční mechanizmy nově i na tyto kvantové operace. Tedy jinak řečeno, jste schopni korigovat kvantové chyby na všech typech hradel. Samozřejmě i IBM demonstrovalo, že tímto přístupem dosáhli lepší fidelity než bez tohoto přístupu.

Kvantový software a algoritmy

Profesor Oded Regev z New York University přišel s vylepšeným Shorovým algoritmem, teda poměrně jej předělal ve smyslu, že ve výsledku potřebuje významně méně kvantových operací ale za cenu více qubitů. To zní jako nic moc, ale může to být zajímavý tradeoff v situaci, kdy máte hodně qubitů, ale nejsou schopné dlouhých výpočtů – což skoro určitě nastane než opačný případ, že bychom měli jen pár qubitů schopných velmi dlouhých výpočtů.

Tato novinka není úplně z oblasti kvantové informatiky, ale také se nás týká. V této studii si výzkumníci vytvořili model inspirovaný kvantovou mechanikou (ale počítaný klasicky ne na kvantovém počítači) a aplikovali jej na akciový trh a povedlo se jim objevit skryté vzorce chování. Je to jedna z ukázek, jak některé jevy v naší společnosti lze popsat pomocí kvantové mechaniky. Pokud někoho tato problematika zaujala, můžete si přečíst například o problému zvaném „Vězňovo dilema„, kde lze ukázat že pomocí kvantového provázání se dá dosáhnout nejlepších výsledků.

Pak tu jsou dvě novinky z oblasti kvantového AI. První je o novém přístupu ke kvantovým neurálním sítím, kde jsou náznaky nějaké možné výhody v trénování neutrálních sítí. Druhý, již publikovaný v Nature, ukazuje, že kvantových počítač by AI mohl pomoci s efektivnějším řešením tzv. gradient descent algoritmu, který, řekněme, hledá globální minimu.

Kvantové technologie

Tým z Hebrew University již před časem provedl důležitý objev interakce mezi světlem a magnetismem v rámci svého kvantového výzkumu. Nyní svůj objev rozvedli dále a ukázali, že by se tato interakce mohla použít mnohonásobně rychlejší klasické RAM paměti, kde byste pomocí laserů měnili magnetické stavy.

Kvantový byznys, investice a politika

Taiwan oznámil, že do roku 2027 chce vyvinout zcela vlastní kvantový počítač. Taiwan již blízce spolupracuje s IQM, IBM nebo Amazon. Taiwan již od roku 2022 má svůj národní plán pro kvantové technologie a $258.86 milionů na to.

Sotva máme začátek roku, hned byla oznámena první akvizice. SandboxAQ (spin-out z Google) koupil startup Good Chemistry, což je společnost zaměřující se na kvantové výpočty, AI a další moderní technologie pro objevování nových léčiv, ale i obecně chemické simulace. To zapadá i do SandboxAQ, který spojuje kvantum a AI a zaměřuje se na bezpečnost, senzory a chemické simulace.

Japonská výzkumná organizace RIKEN vybrala pro svojí hybridní kvantovou superpočítačovou platformu kvantový počítač H1 od Quantinuum. Ten by měl být instalován v roce 2025. Kvantové počítače od Quantinuum patří z pohledu fidelity a doby koherence k tomu nejlepšímu.