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

Kvantovky v česku

Vicepremiér Bartoš za Česko společně s dalšími deseti zeměmi podepsal Evropskou deklaraci o kvantových technologiích. Signatářské členské státy uznávají strategický význam kvantových technologií pro vědeckou a průmyslovou konkurenceschopnost EU a zavazují se spolupracovat na rozvoji ekosystému kvantových technologií světové úrovně v celé Evropě s konečným cílem učinit z Evropy „quantum valley“ světa, přední světový region pro kvantovou excelenci a inovace. Komentář: úplně tomu nerozumím. EU už má vícero velmi dobře rozjetých programů jako QuantERA, Quantum Flagship, apod. Trochu mi uniká, co tato deklarace přinese navíc. Navíc deklaraci nepodepsali nejsilnější hráči jako je Nizozemí, Německo, Dánsko, Itálie či Rakousko. Nebýt Francie a ještě Finska a Španělska, tak mi to přijde jako takové společenství odpadlíků. Ale třeba se to přetaví v nějaké užitečné činy.

Kvantová fyzika

Myšlenka, že by se celé molekuly mohly použít jako qubity není nová. Naopak je poměrně stará. Nyní další krok k této vizi učinili na Princeton University, kde kvantově provázali dvě molekuly kontrolovatelným způsobem. Což je jedna ze základních schopností qubitů. Obecně, práce s molekulami je složitější, ale na druhou stranu nabízí více stupňů volnosti i jiné typy interakce mezi sebou. Jako molekuly byl použity laserem chlazený monofluorid vápenatý (CaF) a pro manipulaci použili optické pinzety.

Kvantové počítače

Facebook nevěří, že kvantové počítače budou relevantní pro jejich byznys.

IBM Quantum Summit výběr: IBM Quantum Heron (133 qubitů) je zatím tím nejlepším procesorem od IBM. Potlačuje kvantové chyby až pětinásobně vůči Eagle. # IBM Quantum System Two, tedy prodejní verze kvantových počítačů IBM, v druhé verze bude mít na začátku právě výše zmíněné Heron procesory. # Oznámení Qiskit 1.0. # Demonstrováno generativní AI pro generování kvantového kódu. A ještě více info tady.

A jako samostatnou novinku od IBM si projdeme uvedení nového kvantového procesoru třídy Condor, který má rekordních 1121 qubitů. Ten používá nový typ kvantových hradel zvaných cross-resonance gate technology. Condor také má nový design, kde se povedla zvýšit hustotu qubitů o celých 50% a to včetně kabeláže. Uvidíme, co Condor dokáže. Jeho předchůdce Osprey s 433 qubity moc extra terno nebylo. V tomto smyslu uvedení výše zmíněho QPU Heron je mnohem zajímavější aneb je lepší mít méně qubitů ale kvalitních, na kterých můžete něco spočítat.

Kvantový počítač Forte od IonQ je teď dostupný i skrze Braket Direct Program od Amazonu.

Qubit Pharmaceuticals ve spojení se Sorbonne University vytvořili Hyperion-1 emulator kvantového počítače simulujícího 40 qubitů. To je hodně slušné, běžné komerční simulátory mají tak do 30 qubitů. Těch 40 se blíží k hranici toho, co jsme schopni simulovat. Qubit Pharmaceuticals tohoto emulátoru využívá k návrhu a testování kvantových algoritmů pro objevování nových léků.

A tohle by mohlo být velké, teda už je. Konsorcium kolem QuEra (startup kolem kvantových počítačů z neutrálních atomů) s MIT, Harvard University a NIST/UMD demonstrovali 48 malých logických qubitů. Pro připomenutí, logický qubit se zpravidla skládá z několika fyzických, tedy reálných, qubitů a korekčních mechanizmů. V tomto případě pro 48 logických qubitů použili celkově 280 fyzických qubitů, které pro tyto účely musí například být kvantově provázaný (v rámci toho jednoho logického qubitu). Později vytvořili i 40 logických qubitů za použití více fyzických qubitů na jeden logický. Zároveň demonstrovali výpočet, který se na stejném počtu logických a fyzických výpočtů lépe vycházel na těch logických. 48 qubitů už by mohlo stačit, aby se demonstrovala i kvantová výhoda, ale tam ještě nejsme. Ale také nejsme od toho úplně daleko. Ještě dodám, že dosud byly demonstrovány tak 1, 2, maximálně tři logické qubity. Takže skok na 48 je opravdu velký. A ty konspirátory mezi vámi určitě potěší, že zrovna tento výzkum byl i významně financován americkou agenturou DARPA.

Dalším, kdo tento týden oznámil nový kvantový počítač je Rigetti. Tou novinkou je Novera QPU (Ankaa-9Q-1), která má 9 supravodivých qubitů plus pět samostatných – izolovaných qubitů (pro testování a konfiguraci jedno-qubitových operací). Novera je založen na novější technologii – třídě Ankaa a vyrobeno vlastními silami ve vlastní fabrice Fab-1. Rigetti má i starší řadu Aspen s až 80 qubity, ale ten je dostupný jen online skrze cloud. V případě Novera QPU jde o kvantový počítač, který si zhruba za $900 000 můžete koupit domů. Novera 1Q fidelitu 99.9% a 2Q fidelitu 98.5%.

Kvantový software a algoritmy

Startup Algorithmiq demonstroval zatím největší svůj pokrok v oblasti korekce kvantových chyb. Na kvantovém procesoru IBM Eagle se 127 qubity aplikovali svůj kód na 50 aktivních qubitů a demonstrovali výpočet na 98 vrstvých CNOT bran a úspěšně. Jejich korekční mechanismus Tensor Network Error Mitigation (TEM) je proprietární a vypadá docela nadějně.

Kvantových algoritmů, kde se prokazatelně dosahuje exponenciálního zrychlení, je jen velmi málo. A možná další objevili výzkumníci z Google. Konkrétně ukázali, že kvantové počítače by měly umět exponenciálně řešit problém dvou a více propojených klasických oscilátorů (pro určitou třídu těchto oscilátorů). To je hodně zajímavé. Oscilátor je velmi běžný model, pomocí kterého se simuluje kde co. Takže je docela dobře probádaný. Avšak v případě více (spojených) oscilátorů, náročnost výpočtů roste exponenciálně s počtem oscilátorů. To může mít spoustu aplikací a to včetně faktorizace čísel podobně jako Shorův algoritmus.

Google vydal novou verzi jejich kvantového jazyka Cirq v1.3.0. Novinky jsou hlavně v oblasti správy qubitů a vylepšení výkonu.

Airbus je známý tím, že každý rok spustí výzvu v oblasti kvantových algoritmů, které mají velmi vysokou úroveň. Pro příští rok se Airbus spojil s BMW a tématem bude řešení problémů pro letecký a automobilový průmysl skrze kvantové výpočty. Registrace je otevřena do 30 dubna 2024.

Fraunhofer Institute a Automation IPA představili balíček pro Python zvaný sQUlearn pro kvantové strojové učení. Nicméně upozornění: je to fajn hračka, ale ještě hodně dlouho kvantové počítače a (klasická) big data nebudou spolu kamarádit.

Kvantová bezpečnost

Konzultační KPMG a německá organizace BSI (něco jako český NÚKIB) si provedli průzkum, jak na tom jsou firmy s post-kvantovým šifrováním. 32% si myslelo, že PQC je pro ně irelevantní. # Jen 25% tazatelů mělo kvantovou hrozbu v řízení rizik. # 42% vůbec neznalo harwest now, decrypt later (HNDL) útok. Je to útok, kdy útočník ukradne váš klíč a šifrovaná data a počká si, až tu bude kvantový počítač. # Výsledky to jsou docela dost pesimistické. A očekávám, že v ČR to bude stejné ne-li horší.

Kvantové technologie

Společnost Infleqtion spustila svou službu Oqtant, kterou nazývají jako quantum innovation platform as a service, tedy kvantová inovační platforma jako servis. Služba skrze cloud umožňuje výzkumníkům přístup ke kvantové hmotě zvané Boseho-Einsteinův kondenzát (látka tvořená bosony při teplotě blížící se absolutní nule vykazující kvantové efekty). Uživatel tento tento stav může vytvořit, manipulovat jej a studovat různé fyzikální vlastnosti nebo dokonce potenciální aplikace.

Kvantový byznys, investice a politika

Jinak jsem na Youtube zaznamenal reklamu v češtině na investice do kvantových technologií a počítačů. Což mě přirozeně hodně zaujalo. Avšak POZOR, jedná se o klasický scam, který vás zavede na jakýsi investiční portál jako je „Quantum Open AI“ (ale název se pořád mění). Když tam začnete investovat, už pravděpodobně nikdy své peníze neuvidíte… viz recenze tady.

V Kanadě vznikl další investiční fond Quantacet, který se zaměří čistě na kvantové technologie. Zatím má k dispozici 20 milionů USD. Jeho záměrem je investovat do pre-seed and seed investičních kol. Quantacet však není první čistě kvantový fond, tím nejznámějším je Quantonation.

Další předpověď kvantově počítačového trhu, tentokrát od Hyperion Research: letos by celý trh měl dostat na $848 milionů s projekcí na $1.6 miliard v roce 2026. # Z toho 57% by mělo být pro severní Ameriku a 23% pro Evropu. # A které obory by měly z toho těžit? Kromě samotného kvantového průmyslu je to hlavně chemický, finanční a kyberbezpečnostní průmysl. # A zhruba 42% tázaných si myslí, že současná vlna kolem AI je konkurent investic do kvantových počítačů.