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

Kvantová fyzika

Pokud čtete něco o kvantových technologiích, kde se používá kvantová optika, tak je dost velká šance, že se potkáte s pojmem stlačené stavy (squeezed states). Jednoduše řešeno jde o techniku, kde, když máme neurčitosti ve dvou dimenzích, tak snížíme neurčitost v jedné dimenzi na úkor té druhé. Jedná se o velmi efektivní nástroj nejen kvantové optiky pomocí kterého jsme schopni se dostat až k limitům kvantové mechaniky. Více o tomto fenoménu v přístupné formě si můžete přečíst zde a v infografice níže.

Kvantové počítače

IBM dokončilo instalaci svého Quantum System One – 127 qubitového kvantového počítače v Kanadě, kde jej bude provozovat nezisková společnost PINQ², která byla pro tento účel založena místní vládou. Jedná se již o čtvrtý kvantový procesor IBM mimo jejich základnu v New Yorku. Kvantový počítač by měl sloužit místním výzkumníkům zvláště z projektu DistriQ a pro trénink nových odborníků.

Pár dropků z Intelu. Ten před nějakým časem představil svůj spinový procesor Tunnel Falls. Nyní již pracuje na další generaci. Nicméně nezaměřuje se na vyšší počet qubitů (Tunnel Falls má 12 qubitů), jako spíše na kvalitu výroby, řízení qubitů, zkrátka na kvalitu.

Vědci z MIT přišli s vylepšenými supravodivými fluxoniovými qubity. Supravodivé qubity vlastně nejsou jedna částice jako u například uvězněných iontů, kde máme jádra, nebo fotony u fotonických, ale jedná se o mikroskopický supravodivý obvod, jehož chování je řízení kvantovou mechanikou. Konkrétně fluxoniový qubit je malý obvod skládající se z cívky a Josephsonova můstku. Nicméně tento obvod se rozrůstá, pokud máme qubitů více a chceme, aby navzájem interagovali. V této práci vědci vylepšili právě tu část supravodivého obvodu, která propojuje qubity a realizuje kvantové operace. Díky tomu se dostali na fidelitu 99.9% pro dvouqubitové operace a 99.99% pro jednoqubitové operace. Obecně řečeno, čím vyšší fidelita neboli spolehlivost, tím méně potřebujete opravovat kvantové chyby.

Vědci z University of Washington představili první fotonický křemíkový kvantový simulátor. Kvantový simulátor je vlastně takový kvantový počítač, který je omezený na řešení např. konkrétního typu rovnice, která reprezentuje např. interakci molekul. Jejich výhoda je, že jsou v jistém smyslu jednodušší než univerzální programovatelné kvantové počítače a pro danou úlohu i zpravidla rychlejší. Zde vědci demonstrovali první prototyp, který je schopný simulovat zjednodušený Hamiltonián (Hamiltonián je rovnice, která popisuje energetický stav nějakého kvantového systému a popisuje jeho vývoj). Navíc zde z velké části pro výrobu čipu použili klasickou CMOS technologii pro křemíkové čipy. Tento úspěch jen potvrzuje silný vzestup fotoniky jako technologie takové.

SEEQC je startup, který pracuje na systémech pro řízení qubitů v kryogenickém prostředí. V případě řízení qubitů v kryostatu je jedna z cest vyvést koaxiální kabely ven. To je dnes nejčastější přístup, ale velmi špatně škálovatelný, například kvůli množství kabelů, které vám tam navíc vedou teplo a chlazení je tím náročnější. Další přístup jsou kryogenické CMOS čipy (např. Intel nebo Microsoft), které mohou pracovat v „horních“ patrech kryostatu, kde nejsou milikelviny, ale třeba jednotky až desítky kelvinů. SEEQC jde na to jinak a vyvíjí přímo supravodivé klasické čipy, které by řídili přímo ty kvantové a byly by blíže k nim, nebo přímo u nich. Nyní oznámili spolupráci s NVIDIA, kde používají jejich supervýkonný CPU/GPU čipset Grace Hopper. Ten je propojení vysoce propustnou linkou na supravodivý řídící čip. Takováto multičipová konfigurace je nejen velice dobře škálovatelná, ale řízení qubitů je mnohem rychlejší a i prodlevy jsou menší, tedy můžete využít lépe omezený krátký čas koherence vašich qubitů.

Jedním z nových příspěvků na poli kryogenických řídících CMOS čipů je od společnosti imec.

Společnost IonQ na konferenci Quantum World Congress představilo dvě své nová řešení, která jsou zcela implementována v racku a tedy jsou určena, aby běžely v datacentrech u zákazníků, tzv. on-premise. Prvním je IonQ Forte Enterprise #AQ35 (tzv. algoritmické qubity. Jedná o jakousi metriku počtu užitečných qubitů na základě schopností provést vybrané algoritmy na daném kvantovém procesoru. IonQ tak už většinou neudává počet fyzických qubitů hned na první dobrou). Druhým je IonQ Tempo s výkonem #AQ64 (v tomto případě počet algoritmických qubitů je roven počtu fyzických qubitů). Pro připomenutí, IonQ pracuje na kvantových čipech na bázi uvězněných iontů.

Kvantové sítě

Jedním z úzkých hrdel pokročilých kvantových sítí, tedy, kde pracujeme s kvantovým provázáním, jsou kvantové opakovače. Vlastně se jedná o kvantovou analogii klasického zesilovače na optických kabelech. Avšak fyzikálně funguje zcela odlišně a k jeho funkci potřebuje, například, i kvantovou paměť. A to je oblast výzkumu, která toho má ještě hodně před sebou. Nicméně pokroky se dějí a nyní například výzkumníci z MIT a Hardward University demonstrovali právě takový kvantový opakovač s kvantovou pamětí na bázi NV center v diamantech. K praktickému použití to má ještě daleko, ale je to důležitý krůček.

Lucemburský startup LuxQuantum začal na AWS marketplace nabízet svůj produkt NOVA LQ, což je kvantová distribuce klíče (QKD) se spojitou proměnnou. Jejich řešení navíc může běžet na klasických optických vláknech, kde již je klasický optický provoz. Výhodou spojité proměnné je, že nepotřebujete detektor jednotlivých fotonů, ale jenom koherentní detekci pomocí klasických fotodiod. Důvod, proč je to na AWS je, že NOVA LQ nabízí integraci s AWS Elastic Cloud Compute (EC2) instancema.

Kvantová bezpečnost

Kvantově odolné šifrování (PQC) je silném vzestupu. Nyní společnosti IBM Quantum, Microsoft, MITRE, PQShield, SandboxAQ, a University of Waterloo založili koalici PQC Coalition, jejíž cílem je urychlit globální přijetí a implementaci kvantově odolného šifrování. Klíčové oblasti, na které se zaměří, zahrnují rozvoj standardů relevantních pro přechod na PQC, vytváření technických materiálů na podporu vzdělávání a rozvoje pracovních sil, tvorbu a ověřování kódu s otevřeným zdrojovým kódem (open source) v produkční kvalitě, implementaci kódu odolného proti postranním kanálům (side channel) pro průmyslové nasazení a zajištění kryptografické agility.

Kvantový byznys, investice, granty

Toshiba otevřela své centrum QKD Quantum Technology Centre za £20m v Oxfordu. Cílem centra bude výroba QKD systémů, které již Toshiba má v portfoliu, ale i vývoj QKD integrovaného do čipu nebo tzv. twin-field QKD.

Jižní Korea na kvantovky šlape obrovským způsobem. Po uzavření různých forem spoluprací s QuEra, IonQ, IBM, Quantum Machines, nebo Xanadu, nyní spolupráci uzavřeli IQM, což je evropský výrobce supravodivých qubitů a společnost Norma, cože je jeden z největších expertů na kyber bezpečnost v Koreii.

ParTec je německý startup, který se pozicuje jako integrátor kvantových počítačů jejichž cílem je mít modulovatelné řešení, které bude qubit-agnostické. Ten nyní investuje €5M do nového zařízení na sestavování a testování kryogenických a jiných systémů pro kvantové počítače. Jejich cílem příští rok představit první kvantový počítač.