Nobelova cena za fyziku 2022

Letošní Nobelova cena za fyziku byla udělena za kvantově provázané stavy (quantum entanglement). Oceněnými jsou John Clauser (rozvedení Bellovy – Bellovy stavy jsou stavy s maximálním provázáním – práce do praktického experimentu), Alain Aspect (vylepšil experiment, který zaplnil mezery a pochyby v experimentu od Clausera) a Anton Zeilinger (za praktické využití kvantového provázání pro např. kvantovou teleportaci). Velká gratulace a jistě velké povzbuzení pro oblast kvantové informatiky, která je mladá a může toho ještě hodně ukázat. Více o tom i u nás.

Kvantové počítače

Minulý týden jsem psal o pokrocích u spinových qubitů. Tady najdete pěkný názorový článek o tom, jestli by spinové qubity mohly být budoucností. Můj názor za ty léta je, že se pracuje na mnoha typech qubitů, ale reálně pro univerzální (pro specializované to může být více) kvantové počítače se prosadí tak dva až tři typy, ale které? Já osobně nejvíce věřím ve fotonické a na druhém místě ve spinové qubity, ale je to spíše pocit, nikdo to nedokáže dnes odhadnout.

A ještě jedna novinka ke spinovým qubitům. Intel skrze svou organizaci Intel Labs and Components Research představil pokrok ve výrobě spinových qubitů, které vyrábí technologií podobným způsobem jako klasické procesory. Navíc nyní jsou schopni vyrábět kvantové tečky a k nim senzory a to napříč celým waferem. Navíc se jedná o nejvyšší výtěžnost a uniformitu kvantových teček jaké zatím bylo dosaženo. Samozřejmě další věc je z toho udělat funkční celek.

Před nějakým časem se EU rozhodla, že v rámci EuroHPC (organizace, jejíž cílem je budovat čistě evropské superpočítače) bude implementovat i kvantové počítače. Nyní již bylo oznámeno šest zemí, které budou mít tu čest kvantový počítač v rámci EuroHPC hostit. Těmi zeměmi jsou ČR, Německo, Španělsko, Francie, Itálie a Polsko. Tyto první kvantové počítače budou určeny hlavně evropským uživatelům na výzkum a vývoj. Jinak každé HPC centrum bude hostit různé kvantové počítače či simulátory. Co se realizuje už nyní je, že některé EuroHPC centra hostí výkonné simulátory kvantových počítačů.

A k tomu, že ČR bude v rámci EuroHPC hostit kvantový počítač vydalo tiskovku i IT4Innovation (VŠB – Technická Univerzita Ostrava), které kvantový počítač bude hostit. Tento majstrštyk se v Ostravě povedl hlavně díky jejich účasti v konsorciu LUMI na jehož základě vzniklo i nové konsorcium LUMI-Q. A to i napříč tomu, že se v ČR na žádném kvantovém počítači nepracuje a ani takové plány nejsou (alespoň pokud vím, trochu se koketuje s fotonickými). Také ještě není rozhodnuto, jaký konkrétní kvantový počítač na jaké bázi tam bude. Nicméně lze předpokládat, že obecně pro EuroHPC budou preferovaní výrobci kvantových počítačů z EU.

Kvantové algoritmy a software

Zurich Instruments, významný dodavatel řídících systémů pro kvantové počítače, uvedl LabOne Q. Jedná se o softwarový framework na bázi Pythonu, který by měl být intuitivní a uživatelům pomoci se maximálně soustředit na návrh kvantového programu bez nutnosti se starat o hardwarovou implementaci apod. Systém by měl poskytnout pokročilejší vizualizace vašeho kvantového kódu, dobrou škálovatelnost, optimalizace na úrovni algoritmu ale i na úrovni pulsů, které řídí samotné qubity.

US Air Force Research Lab vyhlásila soutěž pro širokou veřejnost jejíž cílem je použít kvantově-inspirované algoritmy pro lepší extrakci dat z obrázků. V tomto konkrétním případě jde o detekci objektů a bordelu na oběžné dráze. Představa je taková, že kvantově inspirované algoritmy by mohly překonat tradiční klasický přístup. Výhrou je kontrakt za 500 000 USD. Dobrý přístup. Už vícekrát jsme viděli, že jen kvantově-inspirované algoritmy nám mohou poskytnout nějakou výhodu.

Kvantová kryptografie

IBM nejsou tady u nás jenom kvantové počítače, ale IBM je velmi silně zapojeno do vývoje kvantově odolného šifrování a i jeho nasazování. Například, IBM je spoluautorem tří za čtyř kvantově odolných algoritmů, které budou standardizovány v NIST.

Q*Bird, spin-off z QuTech, bude stavět kvantovou síť v rámci přístavu v Rotterdamu (který je jeden z největších v Evropě) a měl by spojit Port of Rotterdam Authority s jednotlivými subjekty v přístavu. Co je zajímavé, tak budou implementovat tzv. MDI-QKD protokol. To je protokol, který je nezávislý na hardware. To má spoustu důsledků. Za prvé odbouráte celou řadu možných útoků na hardwarové úrovni, které zneužívají nedokonalosti či velké citlivosti QKD hardware. Dále MDI-QKD protokol umožňuje stavět hvězdicovou topologii kvantové sítě, tedy bude vybudován centrální hub, kde budou připojené jednotlivé subjekty. Na druhou stranu, nejedná se o kvantovou informační síť, tedy nepracuje se tam s kvantovým provázáním (entanglementem).

Cloudflare oznámil, že ve formě beta verze spouští kvantově-odolné šifrování (PQC). To je dobrovolné a pokud máte prohlížeč, který jej podporuje, tak se přepne na nové šifrování. Navíc nové šifrování je zdarma a dostupné všem. Jen pro zajímavost, konkrétně nasazují PQC algoritmus Kyber. Více detailů na jejich blogu.

Kvantový byznys, investice, granty

Austrálie ustanovila národní poradní orgán pro kvantový průmysl ve kterém sedí hlavně zástupci kvantového průmyslu ale i akademické obce. Takhle se to má dělat.

IonQ získalo kontrakt pro US Air Force (USAF) v rámci které USAF získá přístup ke kvantovým počítačům na bázi uvězněných iontů od IonQ. Jen pro zajímavost, USAF v rámci své výzkumné organizace Air Force Research Lab je i velmi aktivní ve kvantovém výzkumu.

Atom Computing v Coloradu buduje své centrum pro kvantové počítače, kde celková výše plánované investice je 100 milionů USD.

Společnost Qunnect, která se zabývá kvantovými sítěmi a pracuje i na kvantové paměti, ohlásila uzavření investičního kola Series A v hodnotě přes 8 milionů USD.

Ve spojeném království vzniká nové konsorcium UKQuantum, které má za cíl sjednotit různé kvantové hráče v UK s cílem, aby měli jednotný hlas uvnitř Británie i navenek.

A teď trochu toho bulváru :-) Jsou zde spekulace, zda Elon Musk se nepustí i do kvantových počítačů a v rámci jakých firem. Za mě, zvláště implementace kvantové komunikace po boku laserové komunikace v rámci Starlinku by dávala hodně zajímavý smysl. Navíc, laserová a kvantové komunikace ve volném prostoru jsou si velmi podobné a je zde značný technologický překryv.