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

Kvantovky v Česku

Z Olomouce: Výrazně zpřesnit a zefektivnit testy kvantové provázanosti, která hraje důležitou roli například v konstrukci kvantových počítačů, se pomocí zapojení umělé inteligence podařilo vědcům ze Společné laboratoře optiky, společného pracoviště Univerzity Palackého a Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR. Výsledky jejich výzkumu byly nedávno publikovány v prestižním časopise Physical Review Research.

Kvantové počítače

Výzkumníci z IBM dosáhli na další rekord v oblasti kvantových simulací na reálných kvantových procesorech. V tomto případě simulace z technického hlediska obsahovala 13 858 dvou-qubitových CNOT operací do hloubky 370 za použití 112 qubitů na IBM Heron procesoru, který se chlubí těmi nejlepšími fidelitami. Celý kvantový obvod pak spustili 154 milionkrát a využili i vestvěné metody pro korekci chyb v rámci Qiskitu. Na jednu stranu je to super výsledek s tak velkým množstvím CNOT operací. Na druhou stranu si představte, že pro opravdu zajímavé aplikace potřebuje hloubku v řádech milionů až miliard. A to nemluvě že by se ideálně neměl úměrně zvyšovat i počet nutných spuštění daného kvantového obvodu. Opravdu reálné aplikace jsou ještě hodně daleko.

Výzkumníci využili superpočítače poháněné NVIDIA k prozkoumání potenciálu kvantového annealingu. Pravidelní čtenáři si jistě vzpomenou na nedávné krátké novinky ohledně „sporu“ mezi D-Wave a Q-Ctrl, kde Q-Ctrl dokázalo na digitálním kvantovém počítači to co D-Wave na svém annealeru. Zde vědci využili masivní GPU výpočetní výkon na třech velkých výpočetních centrech, aby simulovali annealing. Ve výsledku jim vyšlo, že kvantový annealing opravdu může být lepší pro určitý druh optimalizací. Ale vše je to o algoritmu.

Universal Quantum odhalil první komerční ASIC čip navržený speciálně pro kvantové počítače s uvězněnými ionty. Tento nový čip je klíčovým komponentem pro integraci do plně funkčních kvantových procesorových jednotek (iQPU). Čip výrazně zvyšuje kvantovou konektivitu a zlepšuje efektivitu kvantových algoritmů díky schopnosti propojit qubity na mikroskopické úrovni s vysokou přesností. Tento čip také přináší významné zlepšení v oblasti kvantové korekce chyb, což je zásadní pro škálovatelnost a praktické využití kvantových počítačů v průmyslu.

IonQ rovněž aktualizoval svou roadmapu ohledně svých qubitů na bázi uvězněných iontů. Jejich cílem je dosáhnout jedno-qubitové fidelity 99.9999% a dvou-qubitové fidelity 99.9% v roce 2025 pro fyzické qubity. Avšak pro logické qubity, jejich cílem je dosáhnout dvou-qubitové fidelity 99.999%.

Rakousko slaví první úspěšnou integraci kvantového počítače do prostředí vysoce výkonných počítačů (HPC). Tento hybridní systém, zahrnující superpočítač LEO 5 na Univerzity of Innsbruck a kvantový počítač IBEX Q1 od společnosti AQT, který je spin-offem stejné univerzity. Integrace byla dosažena díky projektu HPQC financovanému FFG, který propojuje výpočetní klastry a kvantové systémy pro efektivnější zpracování úloh.

Kvantový software a algoritmy

Classiq uvedla na trh QMOD, novou platformu pro vývoj kvantových algoritmů, která umožňuje efektivní tvorbu kvantových algoritmů pro široké spektrum uživatelů. QMOD nabízí intuitivní a uživatelsky přívětivé rozhraní, které zjednodušuje složitý proces vývoje kvantových algoritmů, čímž zpřístupňuje kvantové výpočty širšímu okruhu výzkumníků a inženýrů. Tato inovace má za cíl urychlit pokroky v oblasti kvantových technologií a podpořit rozvoj nových aplikací a řešení.

S předchozí novinkou se pojí to, že skrze platformu Classiq se budou moci uživatelé dostat i k výpočtům na kvantovém počítači na bázi neutrálních atomů od QuEra.

Strangeworks oznámil uvedení nového produktu Strangeworks Workflows, který umožňuje firmám rychleji přecházet od nápadu k realizaci. Tento nástroj využívá umělou inteligenci a konverzační výpočty k urychlení celého procesu vývoje řešení, od výzkumu přes formulaci problému až po analýzu a generování reportů. Interní testování ukázalo osminásobné zvýšení rychlosti generování řešení pro optimalizační úlohy. Beta verze bude k dispozici ve druhé polovině roku 2024.

QPerfect, spin-off z European Center for Quantum Sciences in Strasbourg, vydal MIMIQ 1.0. MIMIQ je sofistikovaný simulátor kvantového počítače. Hlavní funkcí je, že kvantové výpočty simuluje pomocí Matrix Product States (MPS) metody, která dovoluje simulovat více qubitů, než klasický simulace stavového vektoru, kde každý nový qubit zvětšuje nároky na RAM dvakrát. Nicméně zpráva nezmiňuje, kolik qubitů dokáže simulovat. Jinak verze 1.0 přichází se spoustou novinek jako jsou plná podpora OpenQASMv2 a v3, dynamické obvody, podpora pro Python a Julia, a další.

Kvantová bezpečnost

Již i Meta (Facebook) pracuje na tom, aby byli připraveni na přechod na post-kvantové šifrování (PQC). Ti plánují implementovat PQC na TLS vrstvě (mají vlastní protokol Fizz) ve formě Kyber + X25519, tedy jedná se o hybridní šifrování. Mate bude primárně používat verzi Kyber768, avšak v některých případech, kde to vede ke špatným výkonům použije Kyber512. Fizz je obecně postaven na open-source knihovnách a nejinak je tomu i u PQC, které stojí na liboqs.

Se zajímavým řešením na kvantovou distribuci klíče „ChaQra“ přišli výzkumníci z indického QNu Labs. ChaQra pracuje na současných telekomunikačních optikách, podporuje SDN (software defined networks), má lepší odolnost vůči DoS útokům tím, že přepne na PQC, jedná se o modulární design, který lze jednoduše upgradovat.

Kvantové technologie

Výzkumníci z USA vyvinuli nové optické atomové hodiny založené na atomech stroncia, které dosahují bezprecedentní přesnosti. Tento hodinový systém využívá ultra stabilní laser a frekvenční hřeben k měření optických frekvencí, které jsou převáděny na mikrovlnné frekvence. Atomární přechod ve strontiu je používán jako referenční frekvence. Díky snížené intenzitě světelného uvěznění a lepší charakterizaci tepelných emisí z okolního prostředí dosáhli vědci celkové systémové nejistoty 8,1 x 10^-19, což je nejnižší zaznamenaná hodnota.

Kvantový byznys, investice a granty

A dalším kvantovým startupem, který dosáhl na EIC Accelerator program v hodnotě 17.5 milionů EUR je Quantum Transistors. Jedná se o startup z Izraele pracujícím na integrovaném fotonickém kvantovém čipu.