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

Obrázek týdne: chemicky generované qubity a jejich platformy. Kredit: UCLA

Kvantové počítače

Vědci z University of California, Los Angeles a Harvard University přišli s úplně novým přístupem, jak stavět kvantové počítače. Místo precizního budování kvantových obvodu, inženýringu, tak chtějí nechat samotnou chemii, aby nám kvantový počítač postavila. Zde qubit je reprezentován malou molekulou skládající se z vápníku a kyslíku. Tato molekula tvoří v chemické terminologii tzv. funkční grupu. To znamená, že si tato molekula zachovává své vlastnosti, i když je napojena i na mnohem větší molekuly. V případě nějaké dlouhé molekuly zde můžeme navěsit více těchto qubit-molekul. Nicméně je tento výzkum ještě v hodně ranné fázi.

Zdroje chyb v kvantovém počítači jsou různé a ne jen kvantové. Například fidelita vyčítání, tedy změření qubitu je daná hlavně vaším řídícím a vyčítacím systémem. Konkrétně je zde potřeba použít zesilovač, který přináší obvykle šum. Zurich Instrument, společnost, která se již několik let zaměřuje na qubitové řídící systémy představila parametrický zesilovač, který ve výsledku přináší mnohem méně šumu. Jedná se o řídící systém v mikrovlnné oblasti, tedy použitelný pro supravodivé a spinové qubity.

Výzkumníci z Lawrence Berkeley Lab a startupu Super.tech přišli s novou dekompozicí SWAP brány. Když navrhujeme kvantový obvod, můžeme interagovat každý qubit s každým. Avšak na hardwarové úrovni to tak jednoduché není. Nejen u supravodivých qubitů, qubity interagují jen se sousedními qubity. Takže pokud jsou dva, které potřebujeme interagovat daleko od sebe, tak je musíme k sobě přiblížit pomocí SWAP bran. SWAP brána není nativní, ale typicky se jedná o složeninu tří CNOT bran a ty se opět skládají z více elementárních bran. Zde výzkumníci využili dekompozici pomocí controlled-S bran. To ve výsledku vede k efektivnější dekompozici. Nicméně dodejme, že controlled-S gate umí jen některý kvantový hardware, zdaleka to není standard.

Quantinuum udělalo opět velký krok v oblasti korekce kvantových chyb a logických qubitů. Již minulý rok Quantinuum demonstrovalo vytvoření logického qubitu skládajícího se z pěti fyzických qubitů a kvantových i klasických korekčních kódů. Nyní vytvořili takové logické qubity dva a kvantově je provázali – to je jedno poprvé a druhé poprvé je, že postavili jednoduchý kvantový obvod kde stejný obvod složený jen z fyzických qubitů mělo menší celkovou fidelitu než obvod s logickými qubity. To zní jako malý pokrok, avšak inženýrsky se jedná o velký krok vpřed. A proč zrovna Quantinuum je tak úspěšné? Protože používají qubity z uvězněných iontů, jejich dynamické měření uprostřed kvantových obvodů, velmi rychlé klasické rozhodování a následné korekce v kvantovém obvodu. To je hlavní zdroj síly jejich logických qubitů.

Pamatujete si rok 2019, kdy Google jako první na světě prohlásil kvantovou nadvládu s tím, že stejnou věc by klasické počítače spočítali nejméně za 10 000 let. No, pak přišlo IBM s odhadem, že by to teoreticky šlo snížit řádově na dny. Nyní vědci z Číny prakticky demonstrovali stejnou úlohu na klasickém superpočítači spočítanou za pouhých 15 hodin. Vlastně je to taková hra na kočku a myš. Číňané také nedávno ohlásili kvantovou nadvládu se svým boson sampling a za chvíli se ukázalo, že zase až tak velká nadvláda to nebude.

Kvantové algoritmy a software

Na TQI najdete aktuální situaci kolem kvantových programovacích jazyků. Pokud jde o nejoblíbenější programovací jazyk jako takový, tak nedostižně vede Python. Pokud jde o jednotlivé frameworky a knihovny (napříč programovacími jazyky), tak nejoblíbenější jsou Qiskit, Ocean, Q# a cirq.

V Nature vyšel článek, který shrnuje současné pokroky v oblasti kvantových simulací na digitálních i analogových kvantových počítačích a co lze v nejbližší době očekávat.

Kvantové počítače si užívají i zvyšující se zájem v oblasti částicové a jaderné fyziky. Zatímco velký urychlovač LHC byl opět spuštěn s rekordní energií, výzkumníci z experimentu LHCb poprvé úspěšné použili kvantové strojové učení pro identifikaci jetu z b kvarku. Zatím jsme daleko od toho, abychom pomocí kvantových počítačů analyzovali celé srážky, nicméně znalosti na to se postupně budují.

Kvantové sítě a kryptografie

A máme to další prolomenou kvantově odolnou šifru. V tomto případě jde o šifrování SIKE. SIKE to dotáhlo do finále u NIST, ale nakonec nebylo vybráno pro standardizaci, ale mělo být znovu hodnoceno v dalším, čtvrtém kole. Opět se nejedná jen o teoretické prolomení, ale o reálné prolomení trvající jednu hodinu na jednom klasickém CPU jádře.

Kvantové technologie

Kvantové gravimetry nejsou jen v laboratořích na zemi nebo ve vesmíru, ale již jsou zde prototypy pro použití venku v terénu. Konkrétně zde budeme mluvit o společnosti iXblue, která vyvinula absolutní kvantový gravimetr na bázi chladných atomů. A ve spolupráci s The National Institute of Geophysics and Volcanology jej umístili na sopku Etnu, kde detekovali pohyby magmatu podzemí. A byly v tom úspěšní. Výsledek pak hlavně demonstruje použitelnost kvantových gravimetrů mimo kontrolované laboratoře.

Kvantový byznys, investice, granty

Sandbox AQ oznámilo partnerství s evolutionQ v oblasti kvantově odolné kyberbezpečnosti. Navíc Sandbox AQ oznámil i účast v investičním kole Series A pro evolutionQ.

Phasecraft, kvantově-softwarová společnost, získala hned dva granty od UK Quantum Computing, kde je vedoucím konsorcia. Jeden projekt je zaměřený na řešení těžkých optimalizačních problémů v blízké budoucnosti a druhý je zaměřený na simulaci materiálů pro fotovoltaiku. Na projektech se podílí i např. Rigetti, BT, UCL a další.

Britský startup QLM Technology, který pracuje na kvantových lidarech či kamerách získal v investiční sérii A 12 milionů liber.

Rigetti s dalšími partnery ( University of Technology Sydney, Aalto University, University of Southern California) získal grant od DARPA na benchmarking kvantových aplikací.