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

Konec roku – předpovědi a ohlédnutí

10 předpovědí od Quantum Zeitgeist. ■ Vývoj kvantového hardware bude dále růst s IonQ, D-Wave a Rigetti v čele. ■ Na důležitosti pak poroste kvantový software a tím pádem i aplikace s Xanadu nebo Strangeworks v předu. ■ Investice dále porostou a to ne jen ty od venture capital, ale i vládní. ■ Poroste i sektor, který pomáhá s kvantovou edukací, např. Black Opal od Q-Ctrl, atd. ■ Uvidíme další čistě kvantové IPO (vstup na burzu), třeba Xanadu? ■ Také lze očekávat více spojování kvantových startupů.

Jiný článek od Universal Quantum se zase zaměřil na to, jaké titulky nejvíce hýbaly mediálním/kvantovým světem.

Kvantový software a algoritmy

Automobilky Ford a BMW si už kolem kvantových počítačů trochu pohybují. Obecně, jejich největší zájem spojený s kvantovými počítači vlastně leží v chemii a hledání co nejlepších a nejefektivnějších baterií (zvláště když budeme nuceni jezdit na baterky…). Obě automobilky vydaly k tomuto prohlášení, kde mimo jiné sdělují, že k výpočtům používají platformu InQuanto od společnosti Quantinuum. InQuanto je software pro numerickou chemii, který používá i kvantové počítače.

Kvantová informatika a její aplikace je postavena na pár základních algoritmech, často objevených před vlastním kvantovým počítačem. Jeden ze základních algoritmů je i Simonův algoritmus. Ten původně řešil jen čistě matematickou úlohu, který však může mít zajímavé potenciální aplikace. Trochu o něm najdete tady.

Další zajímavou nově open-source knihovnou je OpenFermion od Google. Ta obsahuje funkce pro studium kvantových systémů, ale i základní kvantové obvody a algoritmy.

Na IBM Quantum Summit 2022 jsme viděli mnohá oznámení, velká část z nich byla o konkrétních vylepšeních v rámci Qiskit. Nyní k těmto změnám vydali i konkrétního průvodce, například dynamické kvantové obvody, korekce kvantových chyb, rozsekání (knitting) kvantových obvodů atd.

Objevila se další zajímavá open-source knihovna zvaná Tequila. Jedná se o tzv. abstraktní framework napsaný v Pythonu, který se zaměřuje na variační kvantové algoritmy. Tequila umožňuje vámi napsané abstraktní programy spustit na nejnovějších kvantových počítačích či jejich simulátorech a při tom pro vás, jako uživatele, bere kvantový počítač čistě jako black box. Je to vhodné hlavně na rychlé prototypování a pak hlavně optimalizace variačních algoritmů. Ve svém jádru, tzv. backend, pak Tequila používá hned několik různých kvantových frameworků jako je Qiskit, Cirq, QLM a další.

Začínáte s kvantovými počítači? A preferujete přístup „škola hrou“? Tak si jistě projděte tento příspěvek, kde najdete odkazy na 10 kvantových her, které vám pomohou naučit se základy kvantové mechaniky, informatiky či optiky zábavnou a interaktivní formou.

Google vydal Cirq ve verzi 1.1.

Kvantová bezpečnost a sítě

O projektu EuroQCI jsem už psal. Jedná se o vybudování národních kvantových sítí, které se pak propojí. A to i v ČR. Avšak dnešní novinka je o Irsku, kde na to dají 10M EUR. Vybudována by měla být páteřní kvantová síť z Dublinu do Corku.

Není úplně moc startapů, které by se čistě zabývaly kvantovými sítěmi a hlavně jejich návrhem. Jednou z nich je Aliro Quantum. Jejich přístup je třífázový. První, ta nejsilnější, je návrh a simulace sítě. Následně se vybuduje pilotní a demo síť, na které se odladí nejrůznější aspekty. Pokud to funguje, pak můžeme začít budovat kvantovou síť v plném rozsahu. Mnohem více o jejich přístupu si můžete přečíst na jejich blogu.

Na arXivu se objevil preprint od čínských vědců na téma faktorizace celých čísel. Faktorizace celých čísel je vlastně matematická úloha za současnými asymetrickými šifrování jako je RSA a kde třeba Shorův algoritmus představuje hrozbu. V této práci na to jdou jinak. Úlohu přeformulovali a řeší ji jako optimalizační úlohu, kde kombinují klasické mřížkové metody s kvantovým QAOA algoritmem. Experimentálně se jim povedlo faktorizovat 48 bitové číslo za pomoci 10 supravodivých qubitů. Jejich očekávání je, že 2048 bitové číslo šlo faktorizovat s pomocí 372 fyzických qubitů. Zde výhoda QAOA je, že nepotřebuje perfektní qubity. IBM již letos ohlásilo 433 qubitů, avšak lze očekávat, že efektivně lze používat najednou jen pár desítek. Navíc je potřeba hloubka kvantového obvodu (počet kvantových operací za sebou) přes tisíc. To nás zatím drží v bezpečí. Nicméně, pokud tento článek je správný, hlavně ve smyslu jejich odhadu škálování na více bitů, tak to vypadá na hodně velký průšvih. Navíc QAOA běží i na kvantových annealerech od D-Wave. Takže, pokud se vše potvrdí, tak bod zlomu bude hodně blízko – osobně bych odhadl, že potřebný parametrů dosáhneme za 2-3 roky – pokud už nenastal skrytě, což lze očekávat… Přečíst si o tom můžete i na TQD.

Kvantové technologie

Na The Quantum Leap se objevil další zajímavý článek, tentokrát na téma kvantové technologie pro měření času. Není to tak sexy téma jako kvantové počítače, o to je to reálnější a rozhodně neméně důležité. Tento článek to vcelku pěkně sumarizuje včetně úvodu do měření času.

Kvantová politika, byznys, investice, granty

9. prosince v senátu Spojených Států prošel zákon „Quantum Computing Cybersecurity Preparedness Act“, který se zabývá přechodem na kvantově odolné šifrování, tedy PQC. Co to vše znamená si můžete přečíst například tady. Jinak zákon Biden podepsal 21. prosince, čímž oficiálně vstoupil v platnost

China Mobile, v počtu lidí asi největší telekomunikační operátor na světě, podepsal kontrakt s Origin Quantum, pracujícím na supravodivých kvantových počítačích. Předmětem by měl být výzkum, jak by kvantové počítače mohly být použity u 5G a 6G technologií. Obecný problém je, že s každým rostoucím „G“ roste i výpočetní náročnost zpracování signálů, návrh optimalizovaných sítí, atd. Nicméně nic úplně konkrétního nezmiňují.