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

Kvantová fyzika

Výzkumníkům z University of Basel se povedl důležitý kousek a to vygenerování dvou identických fotonů ze dvou různých zdrojů, v tomto případě ze dvou různých kvantových teček. Nerozlišitelnost fotonů je důležitá pro správné a bezpečné fungování jak kvantových počítačů tak i kvantových sítí. Zatím jsme byli schopni generovat nerozlišitelné fotony jenom v rámci jednoho zdroje. A pokud jste potřebovali aby spolu interagovali, třeba v interferometru kvantového počítače, tak jste ten jeden museli zpozdit. Obecně různé zdroje se mohou lišit v přesné vlnové délce, orientaci polarizace, atd. Případně, pokud jste použili různé zdroje, museli jste pomocí filtrů vybrat dva fotony sobe nejpodobnější. V tomto případě klíčem k úspěchu bylo připravit velmi čisté kvantové tečky na které obě působilo naprosto stejné elektrické pole a dosáhli nerozlišitelnosti 93%. Navíc nerozlišitelnost demonstrovali na kvantové bráně CNOT, kde u fotonické verze nerozlišitelnost je klíčová pro maximální fidelitu.

Kvantové počítače

Čas od času zmíním francouzský PASQAL a jejich digitální/analogický kvantový počítač na bázi neutrálních atomů. Na Medium se objevil článek, který vysvětluje možné výhody analogického kvantového počítače právě od PASQAL. Předně je potřeba říci, že k jejich kvantovému počítači může být přistupováno analogicky i digitálně. Ostatně qubit, než je změřen je analogický objekt. Digitální počítač je univerzální a je definován sekvencí kvantových operací. Nevýhoda je, že každý operace má omezenou fidelitu a tedy kvantová informace se neudrží extra dlouho. Analogický kvantový počítač nebo kvantový simulátor neaplikuje kvantové operace diskrétně, ale jedná se o časový vývoj daného systému. Z tohoto principu se nejedná o univerzální kvantový počítač, ale je vhodný jen pro určité úlohy. Například u PASQAL s ním řeší diferenciální rovnice (btw. první analogický klasický počítač z 19. století rovněž byl určen na řešení diferenciálních rovnic) a věří, že mohou dosáhnout kvantové výhody dříve než s digitálním kvantovým počítačem. S analogickým kvantovým počítačem je jednodušší počítání a je menší problém použít více qubitů a například jejich kvantové provázání. Na druhou stranu tím, že se nejedná o diskrétní operace, nelze určit chybu a aplikovat korekční mechanizmy. Podobně kvantový annealer je také analogický počítač. Avšak mnoho lidí v případě D-Wave má pochyby, zda se jedná o kvantový zařízení ve smyslu, že výsledky mají blíže k hodu mincí s šancí 50 na 50 než reálné výpočty.

Quantinuum dokončilo upgrade jejich systému System Model H1 na 20 (z původních 12) plně funkčních a propojených qubitů. Upgrade umožňuje změření qubitu uprostřed obvodu a jeho nové využití.

D-Wave představilo nový stroj Advantage2. Jedná se o kvantový annealer s 500+ qubity ale s novou topologií Zephyr, která umožní propojení až 20 qubitů. Předchozí systém Advantage umožňuje propojení 15 qubitů. Dále by byly vylepšeny jednotlivé části, větší fidelita, méně šumu atd. hlavně díky novým výrobním procesům. Zatím se jedná o prototyp. Plnohodnotný systém Advantage2 je plánovaný na 2023-24. Bude se jednat už o šestou generaci kvantových annealeru od D-Wave a měl by dosáhnout až 7000 qubitů. Snad nový stroj dosáhne lepších výsledků. Advantage2 je k dispozici na cloudu Leap pro testování a vytvoření zpětné vazby. S jeho předchůdci jsou spojeny spekulace, že žádnou kvantovou výhodu nenabízí.

Kvantový software a algoritmy

V Nature byl publikován článek, který matematicky ukazuje, že kvantový počítač pro některé typy úloh strojového učení by mohl být až exponenciálně rychlejší, než klasické strojové učení. Teorie byla pak i potvrzena na kvantovém procesoru Sycamore od Google. Jestli se toto povede aplikovat na nějaký užitečný problém, tak by to mohlo být docela velký a další motivace proč se o kvantové počítače zajímat.

Další TOPka. Top 63 simulátorů kvantových počítačů. Některé jsou univerzální, některé hodně specifické, určené pro různých hardware (např. podpora simulace na GPU) a pro různé programovací jazyky (např. Python, C++, atd.).

Vědci z Los Alamos National Laboratory sepsali a publikovali článek „Quantum Algorithm Implementations for Beginners“, tedy základy kvantových algoritmů pro začátečníky. Na první pohled to vypadá jako na velmi dobře napsaný text s ukázkami, namalovanými kvantovými obvody a logickými popisy algoritmů.

Nedávno jsem psal, že Classiq vyhlásil soutěž kolem kvantových algoritmů. Ta již skončila vítězové v rámci jednotlivých kategorií byli vyhlášeni. Pro zajímavost, soutěžící poslali více než 150 řešení pro 4 problémy. Classiq pak průběžně bude publikovat vítězná řešení.

Kvantové sítě

Chicago Quantum Exchange a Toshiba dokončili kvantovou síť v oblasti Chicaga dlouhou 200 km. Síť bude mít 6 nodů a spojuje University of Chicago, Argonne National Laboratory. Bude se jednat o testovací síť, kde chtějí testovat nejen QKD, ale i distribuované kvantové počítání, či kvantové senzory napojené na kvantovou síť.

Kvantové technologie

Britská agentura pro výzkum a inovace (UK Research and Innovation) představila „prvních pět“. Jedná se o prvních 5 kvantových technologií, které nějakým způsobem transformují společnost, ekonomiku, obranný sektor apod. ◆ Nositelný sken mozku. Jedná se o kvantové magnetometry aplikované pro magnetoencefalographii (MEG). Výhoda těchto senzorů je, že jsou malé a tím pádem i nositelné, kromě toho, že jsou více citlivé a mají lepší rozlišení. ◆ Společnost QLM Technology pracuje na kvantových kamerách pro sledování úniků plynů. Jejich první produkt je kalibrován na sledování úniku metanu. Produkt spojuji technologii kvantového lidaru a SPAD detektoru (jednofotonový lavinový detektor). Plyn je schopný detekovat až na 200m. ◆ QKD. První testovací komerční síť se rozjela v Londýně spojující dvě místa. Jedním z uživatelů je např. konzultační gigant EY. ◆ Kvantový gravitační senzor nedávno v Anglii vyzkoušeli ve venkovních podmínkách a úspěšně detekovali tunel v podzemí. Lze očekávat, že parametry se budou jen zlepšovat. ◆ Teledyne e2V pracuje na miniaturizovaných atomových hodinách. Ty lze nasadit v citlivějších aplikacích, kde hrozí ztráta spojení s GPS, které funguje jako distributor přesného času.

Kvantový byznys, investice, granty

Qubit Pharmaceuticals získal v rámci investičního kola seed 16.1 milionů EUR. Tento startup používá superpočítače a i ranné kvantové počítače ze účelem objevu nových léků. Momentálně ve firmě běží deset různých programů.

V investiční sérii A vybrala 5.5 milionů USD společnost evolutionQ, která působí v oblasti kvantové kryptografie, QKD a kvantových sítí.

Nezisková výzkumná instituce SRI z USA dostala grant od NIST na vytvoření výrobních plánů pro kvantové technologie v USA. Cílem je analýza možných překážek, nedostatků, prázdných míst ve výrobním a dodavatelském řetězci pro výrobu různých kvantových technologií. Jedná se o důležitou práci pomocí niž se pak vláda může s pomocí zaměřit na slabé články s cílem plně nezávislé domácí výroby kvantových technologií.

V UK spouštějí program SparQ, jehož cílem je pomoci britským společnostem a výzkumníkům s brzkým poznáním uplatnění kvantových počítačů. Podílet se na programu bude i Oxford Quantum Circuits. Program má čtyři elementy: přístup ke kvantovým počítačům, technická podpora a aplikační expertíza, workshopy a networking a výukové materiály.

Většinou se politickým tématům vyhýbám, ale tohle mi přišlo jako velmi zajímavé čtení o tom, jak evropské univerzity spolupracují s čínskými vojenskými institucemi. To se týká i kvantových technologií.