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

Kvantové počítače

Já se tady stále snažím edukovat o pojmech, které referují k pokroku kvantových počítačů jako je kvantová výhoda (quantum advantage) nebo kvantová nadvláda (quantum supremacy). Nyní výzkumníci z IBM přišli s novou metrikou zvanou „kvantová užitečnost“ (quantum utility) a je definována jako: Kvantové užitečnosti je dosaženo, když kvantový počítač dokáže provádět spolehlivé výpočty v měřítku, které přesahuje možnosti klasických výpočetních metod. Asi se jako já se zeptáte a co je tedy potom kvantová výhoda? Dle nich: „Kvantová užitečnost se liší od kvantové výhody. Kvantová užitečnost se vztahuje na kvantové výpočty, které poskytují spolehlivá a přesná řešení problémů, jež jsou mimo dosah klasických výpočetních metod. Naproti tomu kvantová výhoda se vztahuje na kvantový výpočet, který poskytuje významný praktický přínos nad rámec klasických výpočetních metod hrubou sílou nebo přibližných metod, přičemž výpočet řešení je levnější, rychlejší nebo přesnější než všechny známé klasické alternativy.“ Zatím, za mě je to spíše marketingová záležitost, protože kvantový výhoda je ještě daleko a nějak se to prodávat musí.

Kvantový software a algoritmy

Výzkumníci z Texas A&M demonstrovali využití kvantového počítače pro mapování vazeb mezi geny. O co jde? Pokud například „vypnete“ jeden gen, tak to ovlivní nějaké další geny a jejich změna pak další a tak dále. Vlastně je to taková složitá, komplexní mapa vztahů, tzv. gene regulatory networks (GRNs). Výzkumnici tedy vytvořili kvantovou GRN, která umožňuje zachytit složitější vztahy mezi geny než klasické počítače. Vypadá to na další zajímavý use case pro kvantové počítače aneb kvantové počítače milují malá ale komplexní data, ne big data.

Tento článek vznikl na základě diskuse na LinkedIn která se točila kolem jednoho článku z Forberu zvaného „Quantum Artificial Intelligence Is Closer Than You Think“. Což je s prominutím blbost a čím dál více lidí z oboru jsou znechuceni těmito prázdnými prohlášeními, které vůbec neodpovídají realitě. Jen to podporuje nerealistický hype. Takže jen velmi stručně: kvantové počítače budou výhodné jen pro malou část výpočetních problémů. Umělá inteligence/strojové učení (respektive jejich části) do daného výběrů výhodných problémů by mohlo padnout. A výzkumně se jedná o docela aktivní oblast. Avšak rozhodně to není blízko. Naopak, nějaké rozumné aplikace budou až v dlouhodobém horizontu (pokud vůbec budou dostatečně výhodné). Nicméně co funguje dnes je klasické AI/ML, které nám pomáhá s kvantovými problémy.

Kvantové technologie

Velmi zajímavá ukázka experimentální fyziky. Kvantoví fyzici na University of Bristol vyvíjí kvantové magnetometry na bázi NV center. Jakmile máte takový senzor, tak je potřeba jej důkladně otestovat a nakalibrovat, abyste měli správnou interpretaci výsledků. To znamená, že bychom potřebovali přesně generovat magnetické pole různé síly a navíc z různých směrů. Ne úplně jednoduchá úloha. Zde v Bristolu si kvantové fyzici odskočili ke kolegům z robotiky a aplikovali robotické rameno, na které dali přesný elekromagnet. Následně byli schopni velmi přesně a i velmi rychle provádět testovací a kalibrační měření z různých směrů s různě silným magnetickým polem.

A ještě jedna novinka z University of Bristol, zdejší vědci publikovali o svém nejnovějším objevu v oblasti kvantových materiálů. Konkrétně objevili, že jednodimenzionální (v podstatě to znamená řetěz atomů) tzv. růžového bronzu se za jistých okolností chová jako izolátor a jindy zase jako supravodič. Jedná se o využití poměrně nového konceptu zvaného jako „emergent symmetry“. A jaké je možné využití? Třeba jako poměrně jednoduchý supravodivý vypínač, například mezi dvěma supravodivými qubity. I jen taková drobnost je dnes zatím velmi netriviální. Pro pokročilejší z vás, zde je něco trochu o emergentních symetriích: Klíčový rozdíl mezi spontánně narušenými symetriemi a „emergentními symetriemi“ spočívá v tom, že emergentní symetrie nejsou nikdy exaktní, zatímco spontánně narušené symetrie jsou podloženy exaktní matematikou, ačkoli základní stav není invariantní. Ve většině případů se „emergentní symetrie“ objevují pouze tehdy, jsou-li některé parametry přesně vyladěny, a i když tomu tak je, platí pouze v rámci určitého aproximačního schématu. V obecné situaci nemáme důvod předpokládat, že se nějaká symetrie „vynoří“, pokud není přítomna v základu.

Kvantový byznys, investice, politika

Ve Spojeném království zavládlo nadšení. Britská vláda aktualizovala národní kvantovou strategii a přidala několik konkrétních misí, tzv. „Quantum Missions“, které mají prioritizovat a podpořit konkrétní cíle. Tak se na ně podívejme:
# Mission 1: kvantové počítače – cílem je v roce 2035 mít kvantový počítač schopný provést jeden bilion kvantových operací (a nabídnout tím tak kvantovou výhodu). Tato mise pak má jednoznačně vymezené milníky, jak by se mělo toho dosáhnout. (Moje poznámka: všimněte si, že nestanovují počet qubitů. Ve skutečnosti jich stačí na spoustu aplikací zvláště v chemických simulací poměrně málo, pokud jsou stabilní ve výpočtu).
# Mission 2: kvantové sítě – cílem je v roce 2035 mít nasazenou světově nejpokročilejší kvantovou síť. Tady až tak konkrétní nejsou. Ale měla by být skrze celou Británii, propojena s kvantovými počítači ale i do zahraničí.
# Mission 3: Kvantové senzory ve zdravotnictví – v roce 2030 každé zdravotnické zařízení NHS by mělo benefitovat z kvantových senzorů. Konkrétně do 2028 by to měly být mozkové skenery pro přesnější neurologické operace a v roce 2030 by se měli nasadit ve výzkumu demence. Dále do 2030 by tu měly být pokročilejší detekce rakoviny, hlavně prsou.
# Mission 4: kvantová navigace – cílem je do 2030 mít kvantový navigační systém, které bude umístitelný i do letadel. Mise se hlavně zaměří ne zmenšení, snížení hmotnosti a spotřeby, nadále na testování v relevantních podmínkách a prosadit se na globálním trhu.
# Mission 5: kvantové senzory – v roce 2030 je cílem mít mobilní a propojené kvantové senzory pro aplikace v dopravě, telekomunikací, energetice a obraně. To zahrnuje RF senzory, kvantové detektory plynů, kvantové magnetomery a gravimetry.
Tento update národní kvantové strategie má rovněž velmi pozitivní ohlas z průmyslu. Asi dělají něco dobře :-)