Přinášíme vám týdenní přehled ze světa kvantových počítačů, software, algoritmů, sítí, kryptografie a technologií, včetně kvantového byznysu a investic.
Kvantové počítače
Čínský startup CAS Cold Atom Technology oznámil systém Hanyuan-2, který označuje jako první „dual-core“ kvantový počítač na bázi neutrálních atomů. Architektura využívá dva oddělené procesory z neutrálních atomů pracující v jednom systému, přičemž každý obsahuje 100 rubidiových atomů, konkrétně izotopy rubidium-85 a rubidium-87, uložených v optických tweezers a řízených pomocí laserových pulzů. Klíčová myšlenka není jen zvýšení počtu qubitů, ale modularita: obě jádra mohou fungovat nezávisle paralelně nebo spolupracovat při vytváření logických qubitů a distribuovaných kvantových operací. To je zajímavé hlavně proto, že platformy z neutrálních atomů začínají narážet na limity jedné monolitické atomové mřížky, například kvůli optické kontrole, stabilitě laserů nebo fidelitě dvouqubitových bran. Modulární propojení více „jader“ by tak mohlo být praktičtější cesta ke škálování než prosté zvětšování jednoho obřího pole atomů. Firma zatím ale nezveřejnila detailní benchmarky ani peer-reviewed technické výsledky, takže není jasné, jak přesně jsou obě části systému propojené a zda jde o skutečně koherentní multi-core architekturu, nebo spíš o dva koordinované procesory v jednom zařízení.
Společnost IQM Quantum Computers představila službu HPC Integration Service, která umožňuje provozovat své kvantové počítače IQM Radiance jako standardní uzly v HPC infrastruktuře řízené schedulerem Slurm. Prakticky to znamená, že kvantový procesor se z pohledu uživatele chová podobně jako běžný CPU nebo GPU v superpočítači a lze na něj posílat úlohy přes stejné workflow a management nástroje používané v klasickém high-performance computingu. Služba je postavená na open-source vrstvě QDMI (Quantum Device Management Interface), která má sjednotit dnes poměrně fragmentované rozhraní mezi různými kvantovými backendy a HPC software stackem. IQM zároveň tvrdí, že hlavní problém současných hybridních quantum-HPC systémů není ani tak samotný hardware, ale množství různých úprav potřebných při každém nasazení, protože většina dnešních kvantových počítačů funguje vedle HPC infrastruktury, nikoliv přímo uvnitř ní. Platforma už běží v produkčním režimu v Leibniz Supercomputing Centre v Německu, kde jsou instalovány čtyři systémy IQM.
Společnost Origin Quantum (Čína) představila svůj supravodivý kvantový počítač čtvrté generace Origin Wukong-180, který je založen na vlastním 180qubitovém čipu doplněném o 251 coupling qubitů určených pro propojení a řízení interakcí mezi výpočetními qubity. Právě vysoký počet coupling qubitů je jedním z hlavních konstrukčních rozdílů oproti jednodušším architekturám, protože má omezovat chyby vznikající při paralelním provádění více operací současně. Firma uvádí průměrnou fidelitu jednoqubitových bran kolem 99,9 % a dvouqubitových kolem 99 %, přičemž systém dosahuje koherenčních časů T1 přibližně 40 mikrosekund. Oproti předchozí 72qubitové generaci nejde jen o navýšení počtu qubitů, ale také o přechod k architektuře, která má být připravena pro rozsáhlejší paralelní provoz a budoucí implementaci logických qubitů. Origin Quantum zároveň zdůrazňuje, že celý systém, od čipu přes měřicí a řídicí elektroniku až po operační systém, byl vyvinut interně bez zahraničních komponent, což článek rámuje jako součást širší čínské snahy o technologickou soběstačnost v kvantových technologiích. Podle firmy je systém už dostupný přes cloud a navazuje na předchozí platformu Origin Wukong, která během posledních dvou let zpracovala stovky tisíc výpočetních úloh od uživatelů z více než 160 zemí.
Společnost Equal1 představila systém Bell-1, který označuje jako první rackově montovaný kvantový počítač založený na křemíkových spinových qubitech. Zařízení využívá architekturu nazvanou RackQ a integruje kvantový procesor, kryogeniku i klasickou řídicí elektroniku do jednoho standardního 19″ racku. Systém je postaven na silicon-spin qubitech vyráběných pomocí CMOS kompatibilních procesů, tedy technologií používaných v běžném polovodičovém průmyslu. Equal1 zdůrazňuje především kompaktnost a samostatnost celé platformy, kde Bell-1 nevyžaduje externí infrastrukturu typickou pro velké laboratorní kvantové systémy a funguje jako uzavřená jednotka s vlastním chlazením. Firma zároveň uvádí, že architektura RackQ je navržena pro jednodušší nasazení v existujících výpočetních centrech, kde by kvantový systém mohl fungovat vedle klasických serverů bez potřeby specializovaného laboratorního prostředí.
Výzkumníci poprvé demonstrovali kvantové řízení jednotlivé molekuly fungující jako spin-photon interface, tedy systém schopný propojit dlouho žijící spinový qubit s jednotlivými fotony. Platforma je založena na organické karbenové molekule vložené do speciálně navrženého krystalového hostitele, který stabilizuje její optické vlastnosti a omezuje spektrální drift. Klíčový posun oproti předchozím molekulárním systémům spočívá v tom, že se podařilo adresovat a řídit skutečně jednotlivou molekulu, nikoliv pouze ensemble mnoha molekul současně. Experiment ukázal stabilní jednofotonovou emisi, opticky detekovanou magnetickou rezonanci i koherentní manipulaci spinového stavu pomocí mikrovlnných pulzů. Autoři zároveň reportují velmi dlouhou spektrální stabilitu a milisekundové koherenční časy při použití dynamického decouplingu, což jsou parametry důležité pro budoucí kvantové sítě nebo distribuované kvantové výpočty. Zajímavé je také to, že molekulární platformy lze chemicky poměrně přesně navrhovat a potenciálně integrovat s fotonickými čipy jednodušeji než některé pevné defektové systémy typu NV center v diamantu.
Společnost QuiX Quantum představila systém PACU (Photonic Assembly Control Unit), tedy řídicí jednotku určenou pro škálování fotonických kvantových procesorů a jejich integraci do větších výpočetních systémů. PACU funguje jako standardizovaná řídicí vrstva pro fotonické čipy a je navržen tak, aby zvládl obsluhovat až 1000 pomalých a 32 rychlých fázových modulátorů, které se používají pro řízení interferometrických struktur uvnitř fotonických obvodů. Právě kontrola velkého množství těchto laditelných optických prvků patří mezi hlavní technické problémy škálování fotonických kvantových systémů, protože s rostoucí velikostí čipu rychle roste i složitost kalibrace, synchronizace a stability celého zařízení. PACU je implementován jako standardní 3U rackový modul s ethernetovým a USB připojením, aktivním vzduchovým chlazením a podporou výměnných fotonických modulů za běhu systému. QuiX Quantum zároveň zdůrazňuje kompatibilitu s datacentry a hybridními HPC prostředími, což zapadá do širší snahy fotonických platforem přiblížit kvantový hardware formátu běžné serverové infrastruktury.
Kvantový software a algoritmy
Startup Bloq Quantum představil no-code platformu pro vývoj kvantových algoritmů, která se snaží abstrahovat velkou část complexity dnešního kvantového softwarového stacku do vizuálního drag-and-drop rozhraní. Platforma funguje jako sjednocená vrstva nad různými kvantovými SDK a hardware backendy, takže uživatel nemusí ručně řešit kompatibilitu mezi frameworky, kompilací obvodů a konkrétními poskytovateli kvantového hardwaru. Workflow je zaměřené hlavně na hybridní aplikace, například optimalizaci, quantum machine learning nebo simulace, kde lze kombinovat klasické datové pipeline s kvantovými moduly bez nutnosti psát nízkoúrovňový kód v Qiskit nebo Cirq. Firma zároveň zdůrazňuje integraci reálných datasetů a API napojení na enterprise systémy, což naznačuje orientaci spíš na prototyping a aplikační development než na výzkum nových algoritmů samotných. Technicky zajímavé je hlavně sjednocení různých backendů do jednoho orchestration layeru, protože právě fragmentace tooling ekosystému je dnes v quantum software poměrně praktický problém.
Společnost Superpositions představila cloudovou platformu zaměřenou na vývoj kvantových aplikací a automatizovanou knihovnu use-case scénářů, která má zjednodušit propojení kvantových algoritmů s praktickými průmyslovými úlohami. Platforma funguje jako nadstavba nad existujícími kvantovými frameworky a hardware backendy a umožňuje uživatelům sestavovat workflow bez nutnosti detailně řešit konkrétní implementaci pro jednotlivé kvantové procesory. Důležitou součástí systému je databáze předpřipravených aplikačních scénářů, například pro optimalizaci, finance nebo simulace, které lze automaticky mapovat na dostupné kvantové a hybridní algoritmy. Firma tím cílí hlavně na problém, že většina dnešních experimentů s kvantovým software končí u izolovaných demonstrací bez jasné cesty k opakovatelnému nasazení. Platforma zároveň obsahuje orchestrační vrstvu pro správu výpočtů mezi klasickou a kvantovou částí workflow, což odráží současný trend hybridního výpočtu místo čistě kvantových aplikací.
Kvantová bezpečnost a sítě
NIST posunul devět kandidátních algoritmů pro post-quantum digitální podpisy do třetího kola standardizačního procesu, který má rozšířit současnou sadu kryptografických standardů odolných vůči budoucím kvantovým útokům. Do další fáze postoupily algoritmy FAEST, HAWK, MAYO, MQOM, QR-UOV, SDitH, SNOVA, SQIsign a UOV, přičemž pokrývají několik různých matematických přístupů, například lattice-based kryptografii, multivariační schémata, MPC-in-the-Head konstrukce nebo isogeny-based metody. Právě diverzita je zde důležitá: NIST se zjevně snaží vyhnout situaci, kdy by budoucí standardy stály pouze na jednom typu matematického problému, který by mohl být později oslaben novými kryptanalytickými technikami. Třetí kolo má trvat přibližně dva roky a bude zahrnovat další analýzu bezpečnosti, výkonu i implementačních vlastností jednotlivých schémat. Tento proces navazuje na první sadu PQC standardů dokončenou v roce 2024, která se ale soustředila hlavně na šifrování a několik podpisových algoritmů založených převážně na lattice-based konstrukcích.
Společnost Thales Alenia Space a její partneři úspěšně otestovali kvantový přenos mezi observatořemi na ostrovech La Palma a Tenerife v rámci projektu GEO QKD, který má sloužit jako základ budoucí satelitní infrastruktury pro kvantově zabezpečenou komunikaci. Experiment probíhal na vzdálenost přibližně 140 kilometrů a využíval jednotlivé fotony přenášené volným prostorem atmosférou mezi oběma ostrovy. Hlavní technickou výzvou nebyl samotný přenos klíče, ale extrémně přesné optické zaměření, tedy systém musel udržet fotonový signál dostatečně stabilní, aby jej bylo možné navést do konkrétního optického vlákna o průměru kolem 10 mikrometrů navzdory atmosférickým turbulencím. Test měl simulovat podmínky budoucí geostacionární QKD mise, včetně synchronizace, kalibrace a řízení optického spojení mezi satelitem a pozemní stanicí. Projekt GEO QKD je součástí evropské iniciativy EuroQCI zaměřené na budování vlastní infrastruktury pro kvantově zabezpečenou komunikaci.
Společnosti Toshiba Europe a Quantum Bridge Technologies předvedly mezinárodní síťovou architekturu pro přenos dat s tzv. information-theoretic security, tedy bezpečností založenou přímo na fyzikálních a matematických principech místo výpočetní obtížnosti kryptografických algoritmů. Demonstrace propojila dvě metropolitní QKD sítě v Cambridge a Torontu přes běžnou telekomunikační optickou infrastrukturu a kombinovala klasické QKD linky s protokolem Distributed Symmetric Key Establishment (DSKE) od Quantum Bridge Technologies. Klíčová myšlenka spočívá v tom, že systém nevyžaduje kvantové repeatery ani přímé satelitní spojení mezi kontinenty; místo toho se bezpečné klíče vytvářejí a předávají mezi jednotlivými důvěryhodnými uzly sítě. Experiment používal implementaci BB84 protokolu a zároveň rozšíření specifikace ETSI GS QKD 020 pro interoperabilitu mezi různými platformami a výrobci. Z technického pohledu je zajímavé hlavně propojení několika oddělených QKD sítí do jedné širší architektury běžící na standardní carrier-grade infrastruktuře datových center, protože právě interoperabilita a správa klíčů bývají praktickým problémem většiny dnešních QKD demonstrací.
Kvantové technologie
Článek popisuje studentský projekt OSCAR-QUBE miniaturizovaného kvantového magnetometru založeného na NV centrech (nitrogen-vacancy centers) v diamantu, který byl úspěšně otestován na oběžné dráze pro měření magnetického pole Země. Zařízení o velikosti přibližně grapefruitu využívá kvantové vlastnosti elektronových spinů v diamantové mřížce, jejichž stav se mění v závislosti na okolním magnetickém poli a lze jej opticky vyčítat pomocí laseru. Hlavní technický význam projektu spočívá v miniaturizaci celé měřicí platformy do podoby vhodné pro malé satelity, protože NV-based senzory nevyžadují vakuové systémy ani kryogeniku a jsou relativně mechanicky odolné. Experiment měl ověřit, že podobný kvantový senzor dokáže stabilně fungovat v reálném kosmickém prostředí navzdory radiaci, vibracím a teplotním změnám.
Výzkumníci představili koncept robotické „kůže“ využívající kvantové senzory pro přesnější detekci dotyku a tlaku při interakci robotů s lidmi. Systém je založen na diamantových senzorech s NV centry (nitrogen-vacancy centers), jejichž kvantové stavy reagují na velmi malé změny magnetického pole a mechanického napětí. Díky tomu dokáže povrch robota zaznamenat i jemný kontakt nebo deformaci s vyšší citlivostí než běžné elektronické tlakové senzory. Výhodou je také možnost provozu při pokojové teplotě a integrace do tenkých flexibilních vrstev, které lze umístit přímo na robotické rameno nebo uchopovací mechanismy. Cílem není jen zvýšit přesnost měření, ale hlavně zlepšit bezpečnost při práci robotů v blízkosti člověka, kde je důležité rychle rozpoznat nečekaný kontakt nebo příliš velký tlak.
Společnost Infleqtion představila platformu Quantum Spectrum, tedy systém pro radiofrekvenční detekci založený na Rydbergových atomech místo klasických anténových přijímačů. Technologie využívá vysoce excitované atomové stavy citlivé na elektromagnetické pole, takže samotné atomy fungují jako širokopásmový detektor signálu. Podle firmy dokáže jeden senzor pokrýt velmi široké frekvenční pásmo, od hertzů až po terahertzové oblasti, bez potřeby různých specializovaných antén a analogových RF front-endů. Hlavní zaměření je zatím vojenské a bezpečnostní využití, zejména provoz v prostředí se silným rušením, spoofingem GPS nebo elektronickým bojem, kde běžné přijímače ztrácejí spolehlivost. Infleqtion zároveň uvádí probíhající projekty v USA, Velké Británii a Austrálii, kde se testují přenosné prototypy pro směrovou detekci signálů, navigaci nebo monitoring spektra v reálných podmínkách.
Kvantový byznys, investice a politika
Nizozemský startup ForstByte získal investici 1,3 milionu EUR na vývoj CMOS čipů pro řízení kvantových počítačů zevnitř kryogeniky.
Kanadský Nord Quantique získal v dalším investičním kole 30 milionů USD. Nord Quantique pracuje na supravodivých kvantových čipech.
Quantum Bridge (Kanada) získal pak 8 milionů USD na svůj systém pro distribuci symetrických klíčů.
U.S. Department of Commerce oznámilo podpis devíti dopisů o záměru (Letters of Intent) v celkové hodnotě přibližně 2 miliardy dolarů v rámci CHIPS and Science Act na podporu kvantových technologií a domácí výrobní infrastruktury v USA. Financování je rozděleno mezi dvě kvantové foundry iniciativy a sedm firem vyvíjejících různé typy kvantových počítačů. IBM má získat až 1 miliardu dolarů na vybudování specializované výroby supravodivých waferů pro kvantové procesory, zatímco GlobalFoundries má obdržet 375 milionů dolarů na multi-modální quantum foundry podporující supravodivé, trapped-ion, fotonické, topologické i silicon-spin platformy. Další podpora směřuje například k Atom Computing, Diraq, D-Wave, Infleqtion, PsiQuantum, Quantinuum a Rigetti Computing, přičemž každá firma cílí na jiný technický problém — od korekce chyb přes kryogenní integraci až po fotonické propojení a škálování řídicí elektroniky. Zajímavé je, že program není zaměřený pouze na samotné qubity, ale výrazně i na výrobní a polovodičovou infrastrukturu kolem nich, což naznačuje posun od čistě výzkumné podpory směrem k průmyslovému budování dodavatelského řetězce.
Napsat komentář
Pro přidávání komentářů se musíte nejdříve přihlásit.