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

Kvantová fyzika

Kvantová mechanika v biologii či kvantová biologie jsou velmi rychle rostoucí obory a poslední výsledky ukazují, že miliardy let evoluce umožnili biologickým systémům využívat i kvantové fyziky a to velmi efektivně. V následující době asi uvidíme i velký závod o tom to pochopit a využít. Dost zajímavé čtení.

Vědcům z Institute of Science and Technology Austria se poprvé podařilo kvantově provázat mikrovlnné a optické fotony. To by znamenalo přímé propojení supravodivých, případně spinových qubitů, s kvantovými sítěmi. Vědci popisují hlavně případ, kdy potřebujeme propojit supravodivé kvantové počítače ve dvou a více kryogenických zařízení. To by mělo hlavně velký význam pro distribuované kvantové počítání, kde kvantový počítač by se skládal z několika modulů, které budou propojené kvantovou sítí. Toto kvantové provázání se jím podařilo pomocí optického rezonátoru z nelineárního krystalu, kde, když posvítíte optický foton, tak z něho vyjde opět optický foton o mírně nižší energii, tedy větší vlnové délce a pak právě mikrovlnný foton, jehož energie odpovídá zbytku.

Kvantové počítače

Kupodivu, i v Číně lze se dostat na kvantové cloudy a vyzkoušet čínské, hlavně supravodivé kvantové procesory. Jejich zjednodušené zhodnocení a porovnání s IBM Quantum najdete tady.

Společnosti QM Ware a QuiX Quantum oznámili, že vybudují první opravdu integrovaný hybridní kvantově-HPC centrum. To bude v Nizozemí, kde sídlí i QuiX Quantum, které bude dodávat právě fotonický kvantový procesor (QPU). Plná integrace znamená, že vedle sebe bude HPC i QPU, ty budou mít mezi sebou sdílenou paměť RAM a unifikovaný operační systém na bázi Linuxu. S ohledem na QPU od QuiX, tak se centrum primárně zaměří na využití pro optimalizační úlohy a strojové učení. Centrum by mělo být dostupné pro zákazníky od srpna 2023.

Podobné řešení spouští i Quantum Machines a ParTec a nazývané QBridge. Tentokrát bude první instalace realizovaná v Izraeli. Těchto podobných hybridních řešení nyní roste jako hub po dešti. Už se těším na první porovnání.

Amazon Braket má nyní v portfoliu i nové QPU od IonQ Aria s 25 qubity.

D-Wave, jehož kvantové procesory pro annealing jsou často terčem kritiky kvůli neprůkazné kvantové výhodě, udělali nový pokrok. Konkrétně se jim podařilo naprogramovat a využít tzv. spinové sklo (spin glass). Spinové sklo je pojem týkajícího se hromadného chování magnetického spinu ve feromagnetickém, materiálu. Takový stav pak lze použít na různé optimalizační problémy. Nyní se jím podařilo vytvořit spinové sklo z 5000 qubitů. To znamená, že své procesory D-Wave značně vylepšil a hlavně jejich koherenci i napříč více qubity.

Ve Francii vznikl projekt BACQ v jehož konsorciu jsou Thales, Eviden, CAE, CNRS, Terates a LNE jehož cílem je vytvořit nástroj pro objektivní, důvěryhodný a dlouhodobý benchmark pro kvantové počítače. Ono porovnávání kvantových počítačů je dost složitá disciplína, tím spíše že i různé fyzikální realizace qubitů mají různé výhody. Vize pro porovnávání zde je, že testované QPU dostane k výpočtu různé typy úloh (optimalizace, řešení lineárních rovnic, fyzikální simulace a faktorizace prvočísel) a budou se měřit parametry jako doba výpočtu, latence, velikost problému, přesnost výsledku, fidelita a další. Důležitá bude ale i energetická náročnost výpočtu. Jedná se o tříletý projekt s rozpočtem 4M EUR.

Kvantový software a algoritmy

Hybridní kvantové neuronové sítě (HQNN) je hodně rostoucí téma avšak zde zatím není jasně dané, jak moc velkou výhodu to může poskytnout. Jeden takový pokus spíše z pohledu neuronových sítí a jejich kapacity můžete najít tady jako dvoudílný článek. První díl, druhý díl.

Startup Agnostiq spustil službu Covalent Cloud. Jedná se o cloud pro hybridní počítání, která na jednom místě poskytuje přístup k různým HPC i kvantovým centrům ve velmi abstraktní a zjednodušené formě.

QunaSys pořádá soutěž Quantum Algorithm Grand Challenge (QAGC). Výzvou tentokrát bude z oblasti chemie, a to konkrétně výpočet základní energie v rámci modifikovaného Fermi-Hubbard modelu.

Dále tu pak jsou zajímavosti z proběhlého QHack 2023. QHack je konference a největší kvantový hackathon organizovaný Xanadu a tento rok významně podpořený společností NVIDIA. Akce se účastnilo 2 850 lidí ze 105 zemí. V rámci NVIDIA Challenge účastníci poslali 23 projektů, které se zabývaly např. kvantovou smíšenou realitou, kvantové strojové učení pro předpověď počasí, korekce chyb genomů, simulace červích děr apod. Když se podíváme na ty nejlepší, tak vítězný tým MFC uspěli s projektem, který významně vylepšoval výpočty na současných kvantových počítačích se šumem/kvantovými chybami. Druhý tým se prosadil s projektem z oblasti kvantového strojového učení aplikovaného pro klasifikaci hvězd a třetí s kvantovým lokálním hledáním se zpětnovazebným učením.

Kvantová bezpečnost

Čínští vědci z Nanjing University demonstrovali první kvantový generátor náhodných čísel nezávislý na zdroji, tzv. source-DI (Source-device-independent) QRNG. Jedná se o protokol, který využívá kvantově provázané páry fotonů (v časově-energetické doméně pomocí SPDC procesu) a následně ověření kvantového provázání umožňuje vyloučit manipulace se zdrojem, proto tedy nezávislé na zdroji. Navíc protokol a jeho realizace je docela dost rychlá. Vědci se dostali na rychlost generování náhodných čísel na 4 Mbps.

Kvantový byznys, investice a granty

Trh s kvantovou kryptografií je očekáván o velikosti 500M USD pro letošní rok s očekávaným ročním růstem okolo 40% s očekáváním velikosti 3 biliony USD v roce 2028. Pod pojmem kvantová kryptografie se myslí QKD (kvantové sítě), kvantové generátory náhodných čísel a kvantově odolné šifrování (PQC).

Je zde více a více zemí, které systematicky začínají investovat do kvantových technologií. Nově mezi ně patří Brazílie, Španělsko a Jihoafrická republika.

Jeden z nejinovativnějších kvantových startupů, Q-Ctrl z Austrálie, otevírá nové kanceláře v UK a Německu, čímž se bude snažit zapojit i do Evropského kvantového ekosystému.

Google podpoří výzkum v oblasti kvantových počítačů na University of Chicago a University of Tokyo v následujících 10 letech s celkovou hodnotou podpory 50M USD. Podpora se bude skládat z kreditů pro Google Cloud, výzkumné granty, podporu postgraduálních a pregraduálních studentů a podpoří vzniknuvší startupy a vzdělávací aktivity.

To, o čem se šuškalo, je pravdou. Arqit, který měl slibně rozjetý vývoj kolem kvantových satelitů Redwire, se rozhodl celou tuto divizi prodat a zájemci tu jsou. Prodávaná divize bude obsahovat patenty a další duševní vlastnictví, komerční kontrakty v hodně přes 65M USD a tým více než 40 inženýrů. Jejich projekty jsou částečně financovaní i od ESA (Evropská vesmírná agentura).

24.5.2023 oprava: Google investuje 50M USD, nikoliv 100M USD.