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

Kvantová fyzika

Nobelova cena za fyziku byla udělena za vývoj a experimentování s attosekundovými lasery pro Pierre Agostini, Ferenc Krausz, a Anne L’Huillier. Jedná o technologii uplatňovanou v kvantové fyzice a částečně i ve spektroskopii molekul. Nobelova cena za chemii pak putuje za objev a výrobu kvantových teček pro Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus a Alexei I. Ekimov. V tomto případě nejde o kvantové tečky, o kterých tu píšu obvykle, kde kvantová informace je ve spinu jednoho elektronu, ale jedná se o ideového předchůdce, který je v průmyslu již značně rozšířen, například v QLED televizorech, solárních panelech, senzorech, atd. Laureátům gratulujeme!

Kvantové počítače

IBM provádí změny ve svém ekosystému IBM Quantum. Uživatelé, kteří jsou v IBM Quantum v rámci Open Plan (tedy ta verze zdarma) tak dostanou přístup i k novějším kvantovým procesorům s více než 100 qubity. Avšak maximálně 10 minut výpočetního času měsíčně. Další novinkou je program IBM Quantum Credits. Jedná se o program pro uživatele, kteří pracují na vysoce inovativním projektu a rádi by dostali nějaké ty kredity navíc. Pro zajímavost, cena za jednu sekundu výpočtu na těch nejpokročilejších kvantových procesorech IBM je $1.60.

Vědcům z Quantinuum, QuTech a University of Stuttgart se podařil další pokrok v logických qubitech a toleranci kvantových chyb. Podstata je taková, že fyzické qubity jsou velmi nedokonalé a nikdy je nevylepšíme, aby měli dostatečně nízkou chybovost. Proto vznikla myšlenka logických qubitů. Jedná o kombinace několika fyzických (může jít o jednotky až tisíce fyzických qubitů) a kódu pro korekci kvantových chyb. Zde použili kvantový počítač na bázi uvězněných iontů Quantinuum H1 a vytvořili tam tři logické qubity. Následně na ně aplikovali jednoduchý kvantový algoritmus. Výsledkem je, že pomocí logických qubitů dosáhli téměř desetkrát menší chybovosti než když provedli stejnou úlohu jen s fyzickými qubity.

Fujitsu ve spolupráci s japonským RIKEN představili společný hybridní kvantový počítač na bázi supravodivých qubitů, který má 64 qubitů. Tento kvantový počítač navazuje na ten, který v březnu představil samotný RIKEN. Ten doznal několik změn, jak uvnitř vlastního kvantového počítače, nové řízení qubitů tak i úzké propojení s klasickým HPC pro rychlé hybridní výpočty. Navíc nový systém bude také již k dispozici partnerským organizacím a firmám.

Vědci z Jižní Koreji představili zcela nový typ kvantového procesoru. Zde qubity jsou representovány spinem elektronů jistých atomů (s určitým magnetickým momentem, díky kterému jsme schopni s nimi manipulovat), které jsou velmi pečlivě jeden vedle druhého umístěny na nedotčený povrch izolátoru. Podobné věci tu již byly, ale byl to maximálně jeden qubit. Nyní zde vytvořili tři qubity a, co je důležitější, ukázaly, že ony tři qubity mohou spolu interagovat tak, jak chceme my.

Kvantový software a algoritmy

PennyLane je kvantově programovací framework jako Qiskit a jeden z těch populárnějších. Ten nyní spouští sérii výzev, podobně jako má IBM, aby jste si vylepšili své kvantové programování. Cílem je se rozehřát před nadcházejícím QHack 2024, asi největší kvantovým hackathlonem.

Během prázdnin také proběhl již čtvrtý ročník Qiskit Global Summer School. Všechny přednášky jsou nyní dostupné na Youtube.

Pro ty s z vás, kteří si již hrají s kvantovým programováním, zde je pěkný příspěvek, jak vyřešit Sudoku pomocí kvantového počítače jeho formulací ve formě QUBO problému a následném použití například kvantového QAOA algoritmu.

Na zajímavém projektu spolu spolupracovali IBM a Boeing jejichž výsledek byl publikován i v Nature. Jedná se o simulace koroze, zde hlavně pro nosné konstrukce letadel. Technicky se jedná o simulace reakce molekul, kde se používá hybridní VQE kvantový algoritmus s lepší optimalizacemi velikosti kvantového obvodu. Nejedná se o ukázku, kde kvantový počítač je dnes lepší, ale o krásný příklad, kde bude v budoucnu lepší. A hlavně pěkně ukazuje hybridní přístup, kde se se samotná atomová mřížka materiálu počítá klasicky a pak vlastní chemická interakce na úrovni molekul pomocí kvantového algoritmu.

Průvodce kvantových obvodů v knihovnách qiskit.

Na arXivu se objevil velmi pěkný preprint na téma kvantových algoritmů. Je to náročnější čtení, spíše pro pokročilé, avšak tento dlouhý článek si bere na paškál jednotlivé kvantové algoritmy z pohledu využití. Pro každý takový případ je tam malý úvod do problému a následně se zaměřují na popis potřebných zdrojů pro praktické výpočty jak z pohledu logických qubitů tak i z pohledu počtu kvantových operací, popisuje možné problémy algoritmu, porovnává s nejlepším klasickým řešením a popisuje jaký může být realistické zrychlení právě pomocí kvantového algoritmu. Mezi autory jsou i lidé z Amazonu/AWS, viz jejich blog.

Kvantová bezpečnost

Cloudflare čím dál více napříč svými službami nasazuje kvantově odolné šifrování (PQC) a to nyní i na reverzní proxy. Nicméně celé pozadí třeba jen ohledně souhlasu na šifrovací metodě je docela komplikované. Pěkný příspěvek od Cloudflare na toto téma najdete zde.

Kvantové komunikace

Irsko a Spojené království se propojilo optickým kabelem s velmi nízkými ztrátami pro kvantovou distribuci klíče (QKD). Spoj je dlouhý 224 km, což už je hodně dlouhá vzdálenost na spoj typu bod-bod. Z toho důvodu použili tzv. Twin-Field QKD protokol, který lze použít na stovky kilometrů.

Kvantové technologie

US Army úspěšně otestovala kvantový RF přijímač od Infleqtion (ColdQuanta) zvaný SqyWare. Moc detailů neprozrazují, ale otestován byl ve venkovním prostředí s rozsahem od HF (3-30 MHz) do SHF (3-30 GHz). Zcela obecně, kvantový radiofrekvenční přijímače (RF), například jako v tomto případě, na bázi Rydbergovských atomů mají velmi dobré předpoklady právě k tomuto účelu – velikost nezávislá na vlnové délce (například klasická anténa pro HF by měla velikost několik metrů), žádné metalické součásti, výstup v optickém spektru atd. a to nemluvě o teoreticky vyšší citlivosti a dalších lepších parametrech.

Kvantový byznys, investice, granty

Do kvantových startupů se za rok 2022 investovalo rekordních $2.35 miliard. 75% investic šly do oblasti kvantových počítačů. Dominovaly investice do investičního kola série B, tedy spíše již do větších zaběhlých kvantových startupů. Bezkonkurenčně nejvíce investic šlo do amerických startupů následovaných Kanadou, pak EU, UK.

EU se chystá provést hodnocení ekonomických a sociálních rizik kritických technologií jako jsou polovodiče, umělá inteligence, biotechnologie a kvantové počítače a to hlavně ve vztahu k Číně. Hodnocení by mělo být dostupné ke konci roku. Zhodnocení by pak mělo být vstupem pro Evropskou ekonomickou bezpečnostní strategii. To může znamenat i například omezení exportu vybraných technologií například do Číny, omezení spolupráce, apod.