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

Kvantové počítače

Google, respektive Google Quantum AI, dnes světu představili svůj nejnovější kvantový procesor zvaný Willow. Willow má 105 supravodivých fyzických qubitů a váží se k němu dvě podstatné rekordy. Zaprvé, procesor Willow v kombinaci s korekčními kódy je schopný exponenciálně redukovat kvantové chyby s tím, jak používá více qubitů. A za druhé, Willow je schopný pod pět minut spočítat RCS úlohu v takovém rozsahu, že by to zabralo nejlepším dnešním superpočítačům 10²⁵ let! Dokonce se k tomu vyjádřil i Musk a to dokonce pozitivně.

Čína představila svůj dosud nejpokročilejší kvantový počítač „Tianyan-504“ s 504-qubitovým čipem nazvaným „Xiaohong“, vyvinutým ve spolupráci s Čínskou akademií věd a QuantumCTek. Tento systém překračuje hranici 500 qubitů a podle prohlášení čínské strany se vyrovnává mezinárodním konkurentům, jako je IBM, v klíčových ukazatelích, jako je životnost qubitů a přesnost čtení dat. Tianyan-504 bude integrován do kvantové cloudové platformy China Telecom, která byla spuštěna v roce 2023. V Číně zatím byli schopni vyrobit již řadu supravodivých kvantových procesorů, avšak zpravidla jejich parametry jsou poměrně daleko za tím, co mám v USA nebo EU a čínská mediální prohlášení snesou hodně, takže bych zatím byl spíše rezervovanější. Koneckonců i IBM se z 500 qubitových čipů stáhlo na 150, ale zato mnohem kvalitnějších.

Společnost Infleqtion ve spolupráci s NVIDIA představila první aplikaci pro návrh materiálů poháněnou logickými qubity a platformou NVIDIA CUDA-Q. Tato aplikace, založená na kvantovém počítači Sqale od Infleqtion, přinesl 6násobné zlepšení výpočetní přesnosti díky použití logických qubitů, které jsou vytvořeny z fyzických qubitů s korekcí chyb. Platforma Infleqtion, založená na neutrálních atomech, vyniká přizpůsobeným ovládáním qubitů, které optimalizuje algoritmy, a nabízí špičkovou fidelitu dvou-qubitových bran až 99,73 %. Tato technologie je vysoce škálovatelná a připravuje půdu pro systémy s více než 100 logickými qubity do roku 2028. Díky integraci s NVIDIA CUDA-Q mohou vývojáři a výzkumníci již dnes provádět experimenty s logickými qubity prostřednictvím cloudu.

Výzkumníci z Chicago University představili novou architekturu pro škálovatelné supravodivé kvantové procesory, která místo tradiční 2D mřížky využívá modulární design s rekonfigurovatelným routerem jako centrálním uzlem. Tento přístup umožňuje přímé propojení a provázání jakýchkoli dvou qubitů, na rozdíl od omezení sousedními qubity v běžných plochých čipech. Nový design inspirovaný klasickými počítači seskupuje qubity kolem routeru, což zlepšuje flexibilitu a umožňuje rychlé přepínání spojení během několika nanosekund. Architektura je modulární a škálovatelná, což otevírá cestu k vytvoření odolných kvantových systémů schopných propojit miliony qubitů. Další kroky zahrnují rozšíření vzdálenosti mezi propojenými qubity a integraci dalších technologií.

Společnost Rigetti Computing a Quantum Machines úspěšně aplikovaly AI k automatizaci kalibrace kvantového procesoru Novera QPU s 9 qubity. Tento projekt, součást „AI for Quantum Calibration Challenge,“ vedl k 99,9% fidelitě jedno-qubitových bran a výrazně zrychlil kalibraci více qubitů. Automatizace využila kombinaci Quantum Machines OPX1000, NVIDIA DGX Quantum a pokročilých AI algoritmů, čímž eliminovala týdny manuální práce a ukázala potenciál AI při škálování kvantových systémů. Tato inovace adresuje klíčový problém rostoucí složitosti kalibrace, která je kritická pro provoz systémů s tisíci qubity, a představuje důležitý krok směrem k praktičtějším kvantovým počítačům.

Kvantové algoritmy a software

Společnosti Classiq Technologies, Deloitte Tohmatsu Group a Mitsubishi Chemical Corporation úspěšně demonstrovaly technologii komprese kvantových obvodů, která zkracuje délku obvodů při zachování výpočetní přesnosti. U algoritmu QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), používaného při vývoji organických elektroluminiscenčních materiálů, dosáhli 54% zkrácení obvodů, zatímco u algoritmu QPE (Quantum Phase Estimation) až 97% komprese. Projekt využil pokročilou platformu Classiq pro modelování obvodů a ukázal potenciál kvantových počítačů pro urychlení vývoje materiálů, zejména v oblastech náročných na výpočetní výkon, jako je chemie, farmacie a průmyslová výroba. Za mě, pokud takové zkrácení QPE by mělo být univerzální, tak to je hodně velká věc. QPE je uvnitř mnoha jiných algoritmů.

IBM dosáhlo zajímavého pokroku v oblasti kvantových výpočtů tím, že spojilo dva 127-qubitové procesory Eagle do jednoho systému prostřednictvím klasického komunikačního propojení. Tato metoda umožnila vytvoření kvantového stavu o 142 qubitech, což přesahuje schopnosti jednotlivých procesorů. Klíčovým prvkem je využití technik dynamických obvodů a dělení obvodů (circuit knitting), které umožňují rozdělit složité kvantové obvody na menší podčásti proveditelné na jednotlivých QPU a následně je spojit pomocí klasické výpočetní postprodukce. Kombinace těchto metod vedla k prvnímu experimentálnímu prokázání dvou-qubitových operací mezi qubity na různých procesorech, což představuje krok směrem k modulárnímu kvantovému výpočtu. IBM navíc použilo techniku „virtuálních bran“ k simulaci entanglementu mezi qubity na různých QPU prostřednictvím teleportace kvantových stavů. Tato metoda nahrazuje přímý entanglement statistickou replikací výsledků, což umožňuje propojení mezi procesory bez fyzické kvantové komunikace. IBM tímto výzkumem otevírá cestu k něčemu, co nazývá „kvantově centricé superpočítače“ a ukazuje, že víceprocesorové systémy mohou překonat limity jednotlivých kvantových procesorů.

Kvantový byznys, investice a politika

Australský Quantum Brilliance, který pracuje na kvantových počítačích s qubity z NV center v diamantech, získal investici 13 milionů USD na vybudování továrny na NV qubity v Austrálii.

Asi jste o nich neslyšeli, ale Nordic Quantum Computing Group, jediný Norský startup zaměřený na vývoj kvantových počítačů skončil. Všichni mluví o Skandinávii jako o ideálním místě, ale zde poskytli několik důvodů, proč končí: 1) absence národní kvantové strategie, což vede k nulové podpoře pro vývoj národního kvantového počítače a to i na akademické úrovni. 2) Je velmi těžké dostat cizince jako zaměstnance a hlavně je to pro ně nevýhodné z daňového hlediska. (V oboru je zcela normální mít mezinárodní týmy i ve velmi malých startupech.) 3) Daňový systém je pro podnikatele i investory poměrně nepřátelský, včetně věcí jako „retroactive exit tax“ což je problematické pro globální expanzi. Toto může být varování i pro ČR.