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

Vážení čtenáři, toto jsou poslední novinky tohoto roku a uvidíme se opět první týden v lednu. R8d bych poděkoval za zájem a všem vám popřál krásné svátky a šťastný nový rok.

Kvantovky v Česku

Už je to nějaký čas, kdy jsem psal o tom, že EU chce vytvořit a zafinancovat centra excelence na kvantové počítače. A nyní se ukazuje, že se tu rýsuje i zájemce z ČR. Tím je IT4Innovation, které již bude hostit kvantový počítač v rámci EuroHPC JU projektu a toto by mohla být příležitost hostit druhý, ideálně postavený na jiné technologii. Budeme jim držet palce.

A máme tu výsledky z QuantERA 2023. QuantERA obsahuje grantové výzvy zaměřené na základní i aplikovaný kvantový výzkum. Účastnit se mohou jen mezinárodní konsorcia. V minulosti tu byli úspěšní hlavně vědci z Olomouce. Zatím nejsou uvedeny plné detaily (ještě to musí potvrdit národní grantové agentury), ale v základním výzkumu to vypadá na tři projekty s tím, že u jednoho je česká organizace v roli koordinátora. A dokonce, tuším snad poprvé, je tu český zástupce i v oblasti aplikovaného výzkumu.

Kvantové počítače

Reuter vydal článek s pěknou infografikou vysvětlující jak funguje kvantový počítač a jak s ním rozbít současná šifrování.

Francouzský startup Alice&Bob představil svůj kvantový procesor Helium-1 se 16 qubity. Nejedná se o kvantový procesor jako u jiných, ale zde oněch 16 fyzických qubitů se používá pro jeden logický qubit s pokročilými funkcemi pro korekci kvantových chyb. Helium-1 používá tzv. cat qubity (stále určitý typ supravodivých qubitů), které díky své architektuře téměř eliminují tzv. bit flip chyb, tedy náhodné přeskočení mezi 0 a 1. To znamená, že jejich korekční kódy se zaměřují hlavně na opravu tzv. phase flip, tedy chyby změny fáze. Výhoda je, že pak takový logický qubit potřebuje méně fyzických qubitů zkrátka jen díky tomu, že opravujete jen jeden typ chyby. V tomto případě se jedná o prototyp, který bude základem “six-nines” logických qubitů, kde by chybovost mohla být jen kolem 10^-6. To by byl obrovský pokrok.

V Japonsku byl instalován již třetí kvantový počítač a to na Osaka University. Tento kvantový počítač se skládá z 64 supravodivých qubitů a pracovalo na něm konsorcium kolem RIKEN a Fujitsu.

Kvantový software a algoritmy

Mladý startup Quantum South (je opravdu z jihu, z Uruguaye) se zabývá hlavně optimalizacemi a už mají i nějaký mezinárodní úspěch hlavně díky svému produktu APSO. APSO je optimalizační nástroj pro letecké dopravce, aneb jak naskládat co nejvíce věcí do leteckého kontejneru, který však není kvantový, ale kvantově-inspirovaný. Jejich demo je nyní dostupné i na webu mezinárodní asociace letecké dopravy (IATA) Open API Hub.

Vydání Qiskit v1.0 se blíží a nyní v Qiskit blogu se pustili do popisu novinek a změn. Verze 1.0 bude opět významně výkonnější, nově bude mít stabilnější API kdy se nebude pořád měnit, a další. Pro nedočkavé, již od 4. prosince je k dispozici pre-release pro testovací účely.

Kvantové technologie

Opět něco málo o kvantových baterií v češtině: Nejprve příčina a pak následek? Kvantová mechanika je v kauzalitě hodně liberální. Po příčině sice následuje následek, ale současně také příčina následuje po následku. Fyzici toho využili při nabíjení kvantové baterie, v systému uvedeném do stavu kvantové superpozice. Jak se zdá, kvantovým bateriím takové zacházení svědčí.

Kvantové sítě

Americké startupy Qubitekk a Qunnect na testovací síti EPB Quantum Network poprvé demonstrovali inter-operabilitu. Pravda je, že dnes pro QKD nemáme žádné standardy. Takže hlavně na hardwarové úrovni si musíte koupit celé QKD řešení od jednoho výrobce. Neexistuje, že byste vysílač a přijímač měli od různých výrobců neboť každý si to dělá po svém. Je to takový první malý krůček, ale do budoucna to bude nezbytné, pokud chceme stavě rozsáhlejší kvantové sítě.

Vědci v USA studují, zda by tzv. Vacuum Beam Guide (VBG), tedy vakuové trubicové vlnovody by mohly být použity pro kvantovou komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Pravda je, že v optickém vlákně rostou ztráty exponenciálně se vzdáleností. Ve vzduchu je to například jen kvadraticky. Ve vakuum je to ještě lepší, ale pořád je tu divergence svazku apod. To řeší tak, že každých pár kilometrů tam budou čočky, které svazek opět zkrotí. Zatím jim vychází, že ztráty jsou až 1000 krát menší v porovnání s optickými kabely – to je hodně slušné. Ještě se do toho budu muset více ponořit, protože mi třeba není jasný, jak to bude zatáčet apod.

Kvantová bezpečnost

Jeden z největších hráčů na poli post-kvantového šifrování (PQC) QuSecure oznámil, že jejich produkt QuProtect je dostupný skrze AWS Marketplace.

NIST vydal drafty dvou publikací: Migration to Post-Quantum Cryptography Quantum Readiness: Cryptographic Discovery a Migration to Post-Quantum Cryptography Quantum Readiness: Testing Draft Standards. NIST zde uvádí konkrétní problémy, které mohou vzniknout při přechodu na nový post-kvantový kryptografický standard, a nabízejí možná řešení. Konkrétně, první dokument popisuje plán testů funkcionalit, který dává kryptografickým nástrojům za úkol najít chybné bezpečnostní konfigurace v sítích. Druhý návrh dokumentu zdůrazňuje, jak sladit post-kvantové algoritmy se stávající síťovou infrastrukturou, a také nabízí řešení problémů s kompatibilitou v kontrolovaném, neprodukčním prostředí.

Kvantový byznys, investice a politika

Post-kvantový startup CryptoNext získal investice za €11 milionů. CryptoNext je jeden z nejsilnějších hráčů v oblasti post-kvantového šifrování a je opravdu hodně aktivní například i ve standardizaci.

Německý kvantově-softwarový startup Kipu Quantum uzavřel seed investice za €10.5 milionů. Kipu uplatňuje poměrně jedinečný přístup na bázi tzv. masivně komprimovaných algoritmů, které umožňují využití dnešních kvantových procesorů v různých odvětvích bez čekání na větší kvantové počítače. Ale samozřejmě to má stále mnohá omezení.

EuroHPC JU je aktivita, která má za úkol pomoci integrovat kvantové počítače do HPC center. Již bylo vybráno šest takových míst a jedno bude i v Ostravě na IT4Innovation. Nyní EuroHPC JU vypsalo další soutěž na minimálně dva další kvantové počítače. Podmínky jsou stejné, EuroHPC zaplatí 50% a druhou půlku musí zajistit hostující stát.

Ohlédnutí za 2023 a predikce pro 2024

Tady se podíváme, jaká kvantová očekávání mají v Británii. UK má jeden z nejsilnějších kvantových ekosystémů s příkladnou podporou státu. A očekávání jsou: přesun od kvantity ke kvalitě a to hlavně u qubitů. # Možná bychom se konečně mohli dočkat kvantové výhody. # Komerční zájem poroste. # Největší tah se však očekává u post-kvantového šifrování. # UK si začne své kvantové know-how více hlídat. # Obecně čekají další růst i díky vládní podpoře. # A další.