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

Kvantová fyzika

Vědci z Německa a Švýcarska vytvořili nový postup, jak vytvořit propojený pár jednoho fotonu a volného elektronu za pomoci optického čipu s fotonovým rezonátorem a elektronového mikroskopu. To by mohlo mít různé zajímavé aplikace v oblasti kvantových technologií. Například změřením jednoho z páru ihned získáme informace o druhém jako je jeho přítomnost a energie (tzv. heralding scheme). Obecně takto pojatý volný elektron je pro oblast kvantové informatiky zcela nový nástroj, jehož využití se bude teprve formovat.

Kvantové počítače

Porovnávání kvantových počítačů je pěkně záludná věc. Na první pohled by stačilo porovnat počet qubitů a jejich kvality. Ve skutečnosti také záleží na tom, co chcete počítat a k různým výpočtům se zase hodí různé typy qubitů. Pěkný přehledný článek o této problematice najdete zde.

Kvantový annealing je komplikované téma. Na jedné straně tu máme téměř kvantového giganta ve formě D-Wave, který už dělá velký byznys. Na druhé straně je tu spousta skeptiků, že tu nic kvantového není a jde jen o statistický výpočetní stroj. Problém je, že tu dosud nebyl robustní vědecký důkaz ohledně reálných schopností. Nyní v Nature publikovali vědci z Los Alamos právě na toto téma. Výsledek je takový, že kvantový annealing za hodně konkrétních podmínek může být rychlejší než klasický počítač. Avšak, ve velké většině případů, kvantový annealing neposkytuje zrychlení v porovnání s klasickými počítači, zvláště pokud je čas limitován.

IonQ oznámilo dostupnost jejich nejnovějšího kvantového procesoru IonQ Aria exklusivně skrze Microsoft Azure Quantum.

V případě uvězněných iontů, současný trend je použití dvou typů iontů, které se střídají. Je to z důvodu potlačení tzv. crosstalku, tedy že stejné ionty by mohli interagovat navzájem, nebo že když působíme na jeden, tak ta operace by se mohla přenést i na sousední neboť jsou nerozlišitelné a příliš blízko sebe. Mít dva druhy iontů pak značně zvyšuje složitost celého systému. Nyní vědci provedli proof-of-concept experimentu, kdy dokázali vytvořit dva různé qubity na jednom iontu Yb-171. Trik je v tom, že tzv. S-qubit je na bázi S-vrstvy hyperjemné struktury a tzv. F-Qubit je na bázi F-vrstvy hyperjemné struktury jádra Yb-171. Takové dva qubity se liší a tzv. crosstalk je okolo 0.06% v tomto experimentu. Navíc k jejich manipulaci se používá jen jeden a ten samý laser a oba typy qubitu jsou navzájem na sebe konvertovatelné skrze mezistav na D-vrstvě jádra.

Výzkumníci z IMEC přišli s novým způsobem, jak vyrábět supravodivé qubity. Supravodivý qubit je vlastně miniaturní supravodivý obvod jehož klíčovým prvkem je tzv. Josephsonův přechod. A ten je velice citlivý na výrobu. Jakýkoliv defekt vede k nárůstu šumu a tím zkrácení koherence. Zde výzkumníci přišli s metodou, která je kompatibilní s CMOS technologií používanou pro výrobu čipů a to i za použití materiálů typických při CMOS výrobě. To ve výsledku opět může zlevnit výrobu supravodivých obvodů. Navíc tato metoda umožňuje vyrobit i vysoce kvalitní vlastní Josephsonův přechod s dobrými výsledky na dobu koherence i fidelitou kvantových operací.

Kvantový software a algoritmy

Startup POLARISqb, který se zaměřuje na výzkum v oblasti léčiv i za pomoci kvantových počítačů představili s farmaceutickou společností Auransa nové výsledky ohledně léčby agresivní formy rakoviny prsů. Zde, POLARISqb použil svou vyvíjenou platformu Tachyon, který používá kvantové a klasické výpočty s umělou inteligencí a strojovým učením za účelem identifikace a zhodnocení molekul vhodných pro léčiva. Jejich cílem je takto virtuálně produkovat až 100 vhodných molekul ročně.

Kvantové sítě

Čínští vědci představili výsledky z novějšího QKD experimentu na čínské výzkumné stanici Tiangong-2. Připomeňme, že první QKD experiment ze satelitu byl experiment Micius. Jedná se o poměrně velký systém o velikosti velké ledničky s váhou 130 kg a spotřebou 130 W. Naopak nový systém je ve všech ohledech lepší a tím i praktičtější, velikost je zhruba dvě mikrovlnné trouby, váha 60 kg a spotřeba 80 W a umožňuje jen komunikaci ze satelitu na zem. To zahrnuje QKD vysílač a řídící a komunikační laserový systém. Vědci provedli různé experimenty s různými přijímacími stanicemi a různými orbitami. Experimenty běžely jen v noci, aby se snížil šum z denního světla. Aby se to nepopletlo, nejedná se o čínský QKD satelit, který byl vypuštěn minulý měsíc. Ten je ještě menší (tzv. mikro/nano satelit) který má třetinovou velikost vůči QKD systému popsaným zde.

Kvantová bezpečnost

Kvantové generátory náhodných čísel jsou jistě jednou z prvních aplikací moderních kvantových technologií. Nyní společnost Scarborough Quantum Computing vydala aplikaci Spin Wallet, která vám vygeneruje heslo, které bude opravdu náhodné právě díky kvantovému generátoru náhodných čísel. Konkrétně používají ANU QRNG z Australian National University.

Kvantové technologie

Čínští vědci představili nový výkonný zdroj kvantově provázaných fotonů. Jejich princip je postaven na tzv. superatomu, tedy klastru stovek rubidiových atomů. Následně se atomy excitují do tzv. Rydbergovských stavů (vysoké energetické hladiny valenčních elektronů). Ty pak interagují s těmi sousedními a to vede ke kvantovému provázání. Excitované atomy pak deexcitují za vyzáření fotonů, které byly kvantově provázány. Tímto dosáhli až šesti kvantově provázaných fotonů najednou. Dosažená efektivita je kolem 27%. Pro porovnání, standardní metoda SPDC má kolem 16%.

Kvantový byznys, investice a granty

D-Wave kvůli své přítomnosti na burze musí pravidelně vydávat reporty ohledně hospodaření a nyní vydali svůj první report. Jejich zisk za poslední čtvrtletí byl 1.371 milionů USD a odhalili, že mají 95 platících zákazníků z čehož je 56 soukromých komerčních firem. To nám dává zajímavý vhled, do velikosti trhu s platícími zákazníky.

Multiverse Computing a IQM uzavřeli spolupráci na vývoj integrovaných řešení zaměřených na specifické aplikace ve financích, energetice, chemii, logistice atd. To znamená, že v rámci této spolupráce místo univerzálních kvantových procesorů budou pracovat na procesorech vhodných jen pro specifické úlohy. Je to něco podobného, jako specializované čipy pro těžbu kryptoměn nebo výpočty pro hluboké učení.