Tento týden těch novinek bylo poměrně hodně. Ať už zvýšené pochyby ohledně supravodivých kvantových počítačů, vynikající pokrok pro spinové qubity ale i dosažení QKD na 200 km, D-Wave annealer v Evropě apod.

Také jsme tento týden spustili Czech Qubit Club jejíž cílem je vybudovat komunitu kolem kvantových počítačů a technologií z řad nadšenců, zájemců i profesionálů.

Kvantové počítače

Velká kvantová událost nastala v německém Forschungszentrum Jülich, kde D-Wave instaloval svůj kvantový annealer s 5000 qubity. Jedná se o první takovou mašinu mimo severní Ameriku. Stroj je již zapojen do cloudové infrastruktury D-Wave nazývané Leap a je primárně určen pro evropské uživatele a zákazníky.

Pěkný článek, shrnující základních 10 fakt o kvantovém počítání – vhodné hlavně pro začátečníky.

Na arXivu se objevil velmi zajímavý preprint na téma, čeho reálně budou schopné kvantové supravodivé počítače. Zde vědci z Itálie vzali teoretický model Continuous Spontaneous Localization (CSL) a aplikovali jej na kvantový počítač se supravodivými qubity. A došli k zajímavým závěrům. I když nebude uvažovat vliv okolí – tedy zatím nejdominantnější zdroj chyb a šumu, tak uvnitř procesoru budou vznikat jisté kvazičástice, které se tam akumulují časem a přispívají k chybovosti kvantového procesoru. Ve výsledku, velká hustota těchto kvazičástic omezuje dobu koherence celku a tedy nedovoluje bezchybně spustit dlouhé výpočty. To je ukázáno na obrázku níže, kde N je počet qubitů na procesoru a n_g je počet kvantových operací. Tečkovaná čára je pak limita, jaké hloubky budeme schopni spolehlivě dosáhnout. Jak vidíme, mělo by to být dostatečné pro finanční aplikace, ale už ne chemické simulace nebo Shorův algoritmus. Na druhou stranu nepropadejme skepsi. V této práci vědci uvažovali ideální stav bez okolního šumu, ale neuvažovali opravné kódy (error correction code) – avšak ty samy spotřebují mnoho qubitů i operací, takže i tak se úplně našemu cíli jen tak nepřiblížíme.

Tento týden se v časopise Nature sešly hned tři články ohledně spinových qubitech a jejich vysoké fidelitě z University of New South Wales, QuTech a RIKEN. Všichni tři použili spinové qubity v křemíku – což má hodně dobrý potenciál pro budoucí masovou výrobu s ohledem, jak tyto metody jsou zvládnuté. Pokud jde o fidelity, tak jednotlivé týmy dosáhli následujících hodnot 1-qubitových a 2-qubitových operací: UNSW – 99.95%, 99.37%, QuTech – 99.87%, 99.65%, a RIKEN 99.84%, 99.51%. To jsou hodně dobrá čísla, zvláště pro dvou-qubitové operace (např. CNOT) je to dost dobrý posun. UNSW tým měl dobu koherence zhruba 35 sekund (avšak za podmínek nevhodných pro univerzální kvantový počítač.), u RIKEN a QuTech týmů se mi tento údaj nepovedlo najít. Avšak, obecně spinové qubity mají dlouhou koherenční dobu. To z nich dělá hodně dobré kandidáty na dominantní qubity.

Kvantový software a algoritmy

Na QCR se objevil pěkný článek, který shrnuje, v čem je potenciální výhoda používat kvantové strojové učení: kvantová heuristika je jiná než ta klasická ◆ kvantový počítač může nahrát data v až exponenciálně kompaktnější formě ◆ již dávno byl demonstrován exponenciální zrychlení u řešení lineárních rovnic (poznámka: teoreticky, jestli to zvládneme prakticky je ještě ve hvězdách) ◆ kvantové počítače generují nové „patterny“ v datech — na druhou stranu je tu ještě hodně překážek: dnešní kvantové počítače mají jen pár nedokonalých qubitů ◆ kvantové programování je těžké ◆ talentů je málo ◆ kvantové počítače od různých výrobců jsou nekompatibilní

Automobilka Hyundai se spojila s IonQ za účelem využití kvantových počítačů, konkrétně VQE algoritmy k vylepšení lithiových baterií.

Multiverse Computing představilo svůj nový modul Fair Price Solution v rámci své Singularity Quantum. Fair Price je pojem z akciových trhů a znamená teoretickou budoucí cenu daného artiklu. Multiverse tvrdí, že pomocí jejich kvantového řešení na IonQ kvantových počítačích dosáhli o 43% menší chyby, než při použití klasického algoritmu. S ohledem na to, že jde o heuristické metody, tak porovnávali, kolikrát se ta úloha musí spustit. Ve své prezentaci tvrdí, že klasický algoritmus by potřeboval 7-krát více běhů, aby dosáhl přesnosti kvantového řešení. Tohle už zní docela jako kvantová výhoda. Ale těžko soudit bez detailních znalostí – ideálně formou recenzovaného článku.

Kvantová kryptografie a sítě

Kanadská společnost Quantum eMotion představila svůj produkt QGN2 – kvantový generátor náhodných čísel. Tento QRNG je plně kvantové integrované zařízení/obvod využívající kvantového tunelování o velikosti 20×20 mikronů, tedy lze jej nasadit prakticky všude. Navíc má úctyhodné i další parametry jako je 1 Gbps generovaných náhodných čísel a to je můžete zapojit i paralelně pro ještě větší datový tok a při tom to má nízký výkon < 1 mW. Také to má certifikaci od NIST (otázka je, jestli je to stejná certifikace jako pro pseudonáhodné RNG nebo nějaká kvantová verze).

V Itálii provedli experiment s QKD na vzdálenost 200km. To se jim povedlo za pomocí specifické techniky laserové interferometrie. Za normálních okolností, po 100km ztratíme 99% fotonů s kvantovou informací. Toto je také výborná ukázka, proč standardizace ještě nemá úplně smysl…

Přehledy za minulý rok a vize do toho dalšího

A máme tu další příspěvek od factbasedinsight.com na téma Quantum Software Outlook 2022. Dnes je to o kvantovém software, platformách a knihovnách. Pojďme se na to podívat detailněji. ◆ Vývoj jde velmi rychle. Nicméně očekávání je, že je to běh na dlouhou dobu. ◆ Důležité není mít hned softwarový produkt, jako spíše si vybrat správného partnera ve smyslu použité technologie, cílení, výzkumné kapacity, atd. ◆ IBM je stále lídr, těží především z toho, že se do toho pustil první a je poměrně otevřený. IBM Quantum má přes 360 tisíc registrovaných uživatelů. Také pod něj spadá Qiskit a poskytuje přístup k hardware i zdarma. ◆ Dalším významným hráčem je D-Wave se svým kvantovým annealerem. Ale minulý rok oznámil i vývoj univerzálního (gate-level) kvantového počítače. ◆ Pak tu máme další tzv. full-stack hráče (dělají vše od hardware po software) jako je Google, Rigetti, Xanadu, OriginQ nebo Pasqal. ◆ Stále nevíme, jaký qubity budou ty nejlepší. Proto je tendence dělat tzv. hardware agnostic software. To vede k PaaS (Platform as a Service), jako je IBM Quantum, Amazon Braket, Azure Quantum nebo Google QCS, kteří nabízejí přístup k různému hardware od různých výrobců. ◆ Pak je tu řada startupů po celém světě. Otázka je, jakou mají strategii přežití, než budeme mít pořádné kvantové počítače. To může být až 10-15 let. ◆ Jedna startegie je se spojit se silným hráčem, hlavně s hardwarovým. Zde rozpočet na softwarový vývoj je malinký v porovnání s rozpočtem na hardware. ◆ Další cestou je přijít co nejdříve s praktickou aplikací a pilotními projekty pro zvednutí zájmu investorů. ◆ Další strategií je vyvíjet nástroje pro ostatní kvantové vývojáře. Něco jako prodávat krumpáče zlatokopům v době zlaté horečky.

Druhá část. ◆ Další velký trend, který lze sledovat je zaměření se na řízení a optimalizace na nízké úrovni, např. Quantum Machines, Zurich Instrumets, Qblox, OrangeQS nebo RIverlane. ◆ Velkým tématem je výchova nových odborníků. ◆ Velké oblibě se těší letní školy a kvantové výzvy od IBM a Qiskit. ◆ Zajímavý vzdělávací program spustili v Q-Ctrl – Black Opal. ◆ QuTech spustil svou edukativní platformu Quantum Network Explorer zaměřenou na kvantové sítě. ◆ SpinQ začal prodávat stolní kvantové počítače na bázi NMR se dvěma qubity. Ideální stroj na výuku nízko úrovňového řízení. ◆ Byl tu první turnaj v kvantovém šachu. ◆ Jinak dominantní téma dnes je jak NISQ kvantové počítače udělat užitečnější, tedy nějakým způsobem potlačit šum a chyby různými metodami. ◆ Na závěr je tu opět seznam tipů, na co se zaměřit v letošním roce.

Byznys, investice, granty

Caltech buduje nové centrum pro kvantová měření – studium kvantových systémů pro potenciální využití pro kvantovou informatiku nebo senzory.

Quantum Brilliance vede německý projekt DE-BRILL v hodnotě necelých 20 milionů EUR. Cílem je posunout výzkum v oblasti kvantových procesorů na bázi NV center v diamantech. To už je několikátý typ qubitů, které v Německu podporují pomocí ne úplně malých grantů.

Finsko spouští svůj QuTI (Quantum Technologies Industrial) ekosystém projekt. Projekt je koordinován finskou institucí VTT a je tam zapojeno několik akademických institucí a kvantových společností. Cílem projektu je obecně vývoj algoritmů a komponentů, jejich výroba, testování pro kvantové technologie. Na projekt je vyčleněno 10 milionů EUR.

Atom Computing v rámci investičního kola Series B získalo 60 milionů USD.