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

Kvantové počítače

Společnost XeedQ instalovala kvantový počítač „Baby Diamond“ na Goethe University ve Frankfurtu. Tento 5-qubitový systém využívá qubity na bázi NV center v syntetických diamantech, což umožňuje provoz při pokojové teplotě bez nutnosti složitých kryogenních systémů.

Výzkumníci z University of Sydney představili nový 3D kvantový kód pro opravu kvantových chyb, který umožňuje korigovat chyby v kvantových systémech efektivněji a s menším počtem qubitů. Tento 3D přístup umožňuje korekci chyb ve dvourozměrných vrstvách namísto tradičního omezení na jednu dimenzi, čímž zvyšuje kapacitu pro zvládnutí chyb. Tento pokrok snižuje počet fyzických qubitů potřebných k vytvoření logických qubitů, čímž přibližuje praktické kvantové blíže realitě.

Výzkumníci z RIKEN, NTT a Amplify Inc. představili nový univerzální optický kvantový počítač, který je přístupný přes cloud. Tento systém je založen na analogovém kvantovém výpočtu s technikou časového multiplexu a provádí výpočty pomocí opakované kvantové teleportace. Optický kvantový počítač funguje téměř při pokojové teplotě, dosahuje rychlosti výpočtu až několika stovek terahertzů a je optimalizován pro vysokorychlostní kvantové operace. Tato technologie umožňuje velkokapacitní výpočty a vysokou kompatibilitu s kvantovými sítěmi, což je významný krok vpřed pro kvantovou informatiku v Japonsku.

IQM stanovilo ambiciózní roadmapu pro dosažení kvantových výpočtů odolných vůči chybám do roku 2030. Tato roadmapa zahrnuje sloučení dvou procesorových topologií, IQM Star a IQM Crystal, pro efektivní korekci chyb, a rozšíření až na 1 milion qubitů. Výzkum se zaměřuje na implementaci kvantových kódů s nízkou hustotou parity (QLDPC), které mohou snížit hardwarové nároky až desetinásobně oproti standardním povrchovým kódům. IQM také plánuje integraci s HPC systémy a zavedení otevřeného vývojářského prostředí pro pokročilé aplikace, včetně simulací, optimalizace a kvantového strojového učení.

Poměrně zajímavé čtení na téma, jak čisté by mělo být prostředí pro provoz kvantového počítače. A rozhodně to není o prachu a smetí, jako spíše o tom neviditelném radiačním i elektromagnetickém smogu.

Jihokorejský výzkumný tým ETRI, ve spolupráci s KAIST a Univerzitou v Trentu, vytvořil integrovaný kvantový čip schopný ovládat osm fotonů pomocí 40 optických spínačů a fotonických zdrojů. Demonstrace zahrnovala rekordní 6-qubitové provázání a pokusy na čipu o velikosti 10 mm x 5 mm. Tato technologie, fungující při pokojové teplotě, umožňuje škálovatelné kvantové výpočty s nízkou spotřebou energie a plánuje se její rozšíření na 16 a 32 qubitů.

Projekt QSolid, vedený Jülich Research Center v Německu, uvedl do provozu první německý (doma vyrobený) supravodivý kvantový počítač s 10 qubity. Tento prototyp, financovaný z 90 % německým ministerstvem školství a výzkumu (BMBF), je součástí národní strategie na posílení technologické suverenity a vývoje kvantových technologií. Zařízení má nízkou chybovost a je propojeno s cloudovou platformou JUNIQ pro výzkum a průmyslové aplikace. Do roku 2026 je plánováno rozšíření na 30 qubitů a integrace s německými superpočítači pro hybridní výpočty.

Kvantové algoritmy a software

Výzkumníci z Chongqing University a Old Dominion University vytvořili kvantově-konvoluční hybridní neuronovou síť pro analýzu EKG signálů a detekci srdečních arytmií. Tento model využívá kombinaci klasických konvolučních vrstev pro základní vzory signálů a kvantových vrstev pro identifikaci jemnějších detailů, které mohou signalizovat arytmie. Testy ukázaly, že hybridní model překonává tradiční konvoluční sítě (CNN) v rychlosti a přesnosti, snižuje počet falešných pozitiv a lépe zachytává arytmie. Kvantové modely navíc zjednodušují analýzu dat bez rozsáhlého předzpracování.

Quantinuum spustilo nový Quantum Error Correction (QEC) Decoder Toolkit, navržený pro real-time dekódování a opravu chyb v kvantových výpočtech. Toolkit využívá hybridní výpočetní technologii založenou na WebAssembly (Wasm), což umožňuje dynamickou interakci mezi kvantovými a klasickými zdroji. Nástroj podporuje různé kvantové korekční mechanismy, jako jsou Repeat Until Success, Repetition Code a Surface Code, a poskytuje zdrojový kód pro testování a optimalizaci algoritmů.

Kvantová bezpečnost a kvantové sítě

Hackeři na klasických sítí stále jsou velkou potíží a je problém jejich aktivitu rozeznat v obrovském provozu na sítích. I například rozlišení autorizovaného provozu od abnormálních dat produkovaných útočníky v rámci DDoS je stále velkým problémem. Tato práce postavená na kvantovém strojovém učení (QML) postaveném na kvantových neurálních sítích zkouší přesně tento problém vyřešit. Navržená metodika založená na QML překonává konvenční přístupy a současné modely, včetně modelů AMM-CNN a ANN, s přesností detekce útoků DDoS 99,87 %.

Nu Quantum se spojil s CERN a bude používat technologii White Rabbit pro své QKD zařízení. Technologie White Rabbit je přesný časový systém původně vyvinutý pro synchronizaci urychlovačů částic.

Nyní můžete vidět velmi zajímavé bojiště. Singapur je hlavní zemí, která dbá na kvantovou bezpečnost. Spustili projekt National Quantum-Safe Network Plus (NQSN+), který kombinuje QKD a PQC pro zabezpečení odolnosti proti kvantovým hrozbám. A je to také souboj titánů. Na jedné straně stojí konsorcium vedené společností Singtel, jehož partnery jsou společnosti ID Quantique, Fortinet a Palo Alto Networks. Na druhé straně stojí SPTel, který spolupracuje se společnostmi SpeQtral a Toshiba. Jedná se o skvělou laboratoř, která nám ukáže, jak budou společně fungovat různé a nehomogenní sítě PQC a QKD.

NIST právě sdílel svůj návrh NIST IR 8547 – „Transition to Post-Quantum Cryptography Standards“. Jedná se o jakýsi standard, který bude říkat, kdy lze používat současné šifrování a kdy přejít na post-kvantové šifrování (PQC) a v jaké podobě. Několik faktů: dokument se zabývá úvahami o přechodu pro různé případy použití. # dokument podporuje hybridní kryptografii. Všimněte si, že NSA pro zabezpečené sítě ne. # některé návrhy kryptografie:
– ECDSA, EdDSA, RSA: 112 bitů bezpečnostní síly je po roce 2030 zastaralá a po roce 2035 jsou všechny zakázány.
– SHA-1, SHA-224: 112 bitů bezpečnostní síly je zakázáno v roce 2030.
– Všechna symetrická primitiva schválená NIST se silou zabezpečení alespoň 128 bitů splňují požadavky kategorie 1 a zůstávají dlouhodobě platná.

Čínští výzkumníci předvedli další pokrok v kvantové distribuci klíče (QKD) a to za použití dronu. V tomto případě na dron připevnili náklad o váze 30kg, který obsahuje ATP systém (systém, který zajišťuje synchronizaci a zaměření kvantového vysílače a přijímače) a pak samotný QKD vysílač. Dosah měli zhruba 200 m s BB84 protokolem používajícím modulaci v polarizaci.

Kvantový byznys, investice a politika

V Kanadě ze stealth vyšel nový kvantový startup Nirvanic Consciousness Technologies, který se zaměřuje na vytvoření „vědomé“ umělé inteligence (AI) pomocí kvantových výpočtů. Firma se snaží propojit kvantové principy, jako je superpozice a provázání, s AI pro vytvoření systémů schopných intuice a adaptivního rozhodování. Inspirací jsou kvantové modely vědomí, například teorie ORCH-OR. Nirvanic plánuje vyvinout AI, která rozpoznává nové situace v reálném čase, což by mohlo zlepšit bezpečnost v autonomních vozidlech a robotických aplikacích.

Předchozí novinka ukazuje, na čem všem lidé kolem kvantum pracují. A někdy to zní až šíleně (a někdy to taky je…). Ale co chci říci, těch možností je tu více. A já tedy vyzívám čtenáře aby se nebáli a začali uvažovat začít nějaký kvantový startup!