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

Kvantovky v česku

NÚKIB jde příkladem a jako první úřad v česku zavádí post-kvantové šifrování: NÚKIB na svém nedávno spuštěném Portálu NÚKIB (Portál) zavedl podporu pro hybridní algoritmus pro ustanovení klíčů s označením X25519Kyber768 – ten využívá jak klasický algoritmus X25519, tak kvantově odolný algoritmus Kyber768. Moc pěkná práce. Pokud vím, ani německé BSI není tak daleko.

Kvantové počítače

SpinQ je poměrně úspěšný čínský startup, který prodává malé stolní kvantové počítače s 2-4 qubity na bázi jaderné magnetické rezonanci (NMR). Ten nyní oznámil spuštění Spinq Gemini Lab, komplexní experimentální platformy pro kvantové počítání. Tato platforma je navržena pro vzdělávací a výzkumné účely a integruje všechny klíčové nástroje potřebné pro provádění experimentů v kvantové mechanice a umožňuje uživatelům provádět experimenty, vyvíjet algoritmy a studovat kvantové systémy v jediném prostředí.

Pěkná série na téma hybridní kvantové počítače vzniká na QuantumComputingReport.com. Druhý díl: Colocation, High Performance Computers, and Co-Design. Díl třetí: The primary algorithms VQA, VQE and QAOA

IBM opět se odlišuje a přístup, který běžně nazýváme jako hybridní kvantový počítač, kde zpravidla se kombinuje kvantový počítač s klasickým superpočítačem, tak v IBM to nazývají „quantum-centric supercomputing“. Název jiný, ale koncept stejný. Každopádně článek je velmi pěkným průvodcem kvantových počítačů u IBM.

Amazon Braket oznámil spuštění Rigetti Ankaa-2, supravodivého kvantového počítače, který nabízí 84 qubitů.

Fujitsu ve spolupráci s QIQB dosáhli zajímavého průlomu v oblasti návrhu analogového kvantového výpočtu tím, že vytvořili návrh analogového kvantového počítače s 60 000 qubity, který dokáže vyřešit výpočetní úlohu v oblasti modelování materiálu, která by na klasickém počítači trvala pět let, za pouhých 10 hodin (dosud se předpokládalo mnohem více qubitů). Tento predikovaný výsledek je dosažen díky optimalizovanému využití (rotačních) kvantových bran a specifickým kvantovým algoritmům, které efektivně využívají velké množství qubitů. Jejich systém také využívá pokročilé metody pro minimalizaci dekoherence a zajištění stability qubitů po dlouhou dobu.

Kvantový software a algoritmy

Jednou z největších hrozeb od kvantových počítačů je Shorův algoritmus, který může prolomit současná asymetrická šifrování. Shorův algoritmus potřebuje řádově O(n) qubitů (bavíme se tu teď o těch perfektních qubitech), tedy že množství qubitů roste lineárně s velikostí klíče n krát nějaká konstanta. Z hlediska hloubky obvodu je potřeba O(n² log n) kvantových operací. Před rokem se objevil Regevův algoritm, který je rychlejší (potřebuje méně kvantových operací), řádově O(n^3/2 log n) ale potřebuje mnohem více qubitů, O(n^3/2). Nyní vědci z MIT přišli snovým algoritmem, který je z hlediska výkonu kombinací obou výše zmíněných, tedy je efektivnější jako Regevův a potřebuje řádově menší množství qubitů jako Shorův.

Tým z Google Quantum AI ohlásil významný posun v oblasti korekce kvantových chyb. Jejich korekce pracují na principu surface code memories, které efektivně vytváří logický qubit. Jak ukazuje obrázek níže, podařilo se jím pro některé konfigurace surface code dostat s chybovostí pod nejlepší fyzický qubit a to až o faktor dva, viz graf níže. Když se podíváme trochu do hloubky, tak v případě surface code korekcí je hlavním parametrem vzdálenost (distance), která, jednoduše řečeno, odkazuje k tomu, kolik okolních qubitů použijete. Zde nejlepší výsledků bylo dosaženo pro distance-7, který použil 101 fyzických qubitů na vytvoření jednoho logického. Zajímavostí je, že další snížení chybovosti bude výzva, neboť v cestě stojí vzácné korelované chyby, které se vyskytují zhruba jednou do hodiny a je těžké je překonat.

Tohle by mohla být důležitá teoretická práce. Výzkumníci z Los Alamos National Laboratory objevili novou metodu, jak překonat problém tzv. „barren plateau“ (ploché oblasti v kvantových krajinách energie) v kvantových výpočtech, který omezuje efektivitu trénování kvantových algoritmů. V případě barren plateau, jsou energetické vrcholy a údolí odděleny rozsáhlými oblastmi plochých, bezvýrazných rovin. Optimalizační algoritmus může na těchto plošinách uvíznout, aniž by věděl, kudy se má vydat. Jejich teorie matematicky popisuje kdy a kde se barren plateau objevuje v kvantových variačních algoritmech. To nám tedy pak umožní připravit specializovanější algoritmu, který se těmto rovinám vyhne. Tento průlom by mohl významně zlepšit optimalizaci parametrů v kvantových výpočetních systémech, což by vedlo k pokroku v hlavně oblasti kvantového strojového učení.

Kvantové sítě

Pod New Yorkem již už nějaký čas běží kvantová síť zvaná GothamQ, která distribuuje kvantově provázané fotony. Nyní jsou ve fázi, že již testují dlouhodobý provoz.

Již od roku 2022 Čína vypustila malý kvantový satelit Jinan-1. Své zkušenosti shrnuli ve vědeckém článku. Součástí tohoto projektu byl také vývoj lehké mobilní pozemní stanice.

Kvantová bezpečnost

Vyjádření Cloudflare k novým standardům na post-kvantové šifrování (PQC). Cloudflare je jedním z těch velkých hráčů, který pustil PQC veřejně. Nyní s vydaným standardy budou postupně migrovat z X25519Kyber768 a X25519Kyber512 na ML-KEM-768 hybrid. Takže stále používají hybridní přístup.

Pěkný úvod do kryptografie a shrnutí situace najdete i v češtině u kolegů tady.

Samsung Galaxy Quantum 5, již pátá řada s kvantovým generátorem náhodných čísel uvnitř.

Kvantový byznys, investice a politika

Už i Austrálie zpřísňuje exportní kontroly na kvantové počítače.

V kvantovém světě ještě nevidíme až tak moc strategických investic. Ale jednou pěknou ukázkou je investice Juniper Networks do Quantum Bridge Technologies. Avšak aby to nemátlo, Quantum Bridge nepracuje na kvantových sítích, ale na systému pro distribuci symetrického klíče jako náhrada za asymetrická šifrování.