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

A tentokrát se bude jednat o poslední přehled novinek pro rok 2024. Tímto bych čtenářům rád poděkoval za zájem a popřál jim co nejvíce úspěchů do roku 2025 🎉, který zároveň je OSN vyhlášení jako rok kvanta! Zároveň je to přesně 5 let, co jsem qubits.cz spustil. Tak snad to vydrží další pětiletku!

Roční přehledy a predikce

Tady najdete predikce kvantových investorů pro 2025. Svůj názor poskytl i český Tensor Ventures.

Tento rok také spousta společností vydala nebo aktualizovala svou kvantovou roadmapu. Zde je jejich seznam.

Sebrané predikce pro 2025: Balancování kvantového hype a realismu: Kvantový průmysl musí skloubit odpovědné informování o technologiích s povzbuzením zájmu a investic, aby si získal podporu veřejnosti a rozšířil povědomí o jejich možnostech. # Role „facilitátorů“: Pro úspěšné budování kvantového ekosystému bude klíčové zapojit odborníky schopné propojit akademiky, podnikatele a politiky a vytvořit prosperující hodnotové řetězce. # Přechod od experimentů k reálnému využití: Kvantové technologie začnou vstupovat do specifických komerčních aplikací, jako je objev léků, materiálová věda či zabezpečená komunikace. # Filozofie a význam kvantových technologií: Kvantové počítače otevřou nové otázky o povaze reality a propojí vědu s filozofií, což přitáhne další obory do kvantové komunity. # vantová pracovní síla 2.0: Průmysl rozšíří svou základnu talentů o designéry UX, etiky, techniky a manažery, aby podpořil přechod od výzkumu k aplikacím. # Příprava vědců na vedení: Kvantoví vědci budou školeni v měkkých dovednostech, jako je vedení týmů, komunikace s investory a podnikatelské myšlení, aby mohli efektivně vést komerční projekty. # Synergie kvantové výpočetní techniky a AI: Spojení kvantových výpočtů a AI nabídne oboustranné přínosy, kde AI optimalizuje kvantové algoritmy a kvantové výpočty zrychlí učení AI modelů.

A zde ještě top 10 vědecko-výzkumných kvantových zpráv v 2024.

Kvantové počítače

Jülich Research Center ve spolupráci se společností ARQUE Systems představil nový 5-qubitový kvantový čip založený na polovodičových qubitech, který bude integrován do platformy JUNIQ v Jülich Supercomputing Centre. Tento systém využívá inovativní patentovanou architekturu, která umožňuje pohyb qubitů na čipu po tzv. „shuttle paths“ bez ztráty informace. Tato technologie umožňuje integraci milionů qubitů na jednom čipu o velikosti několika centimetrů čtverečních, čímž výrazně zvyšuje škálovatelnost kvantových počítačů. Polovodičové qubity, které využívají spin jednotlivých elektronů, jsou vyráběny pomocí metod blízkých tradičním polovodičovým technologiím.

A zde zajímavý článek, který diskutuje, že na rozdíl od dřívějších předpovědí, tak značně roste podíl tzv. on-premise kvantových počítačů, tedy případů, kdy si zákazníci kupují celý kvantový počítač a instalují do svých prostorů. Obecně se předpokládalo, že se bude více používat přístup skrze cloud. Instalovaných on-premis kvantových počítačů je již 64 a průměrná cena je 12.5 milionů USD. Dost zajímavé čtení.

Rigetti Computing představil svůj nejnovější 84-qubitový kvantový systém Ankaa-3, který dosahuje fidelity dvouqubitových bran 99,5%. Systém zahrnuje rozsáhlé redesigny hardwaru, včetně pokročilé kryogenní konstrukce, vylepšeného čipu a přesné řídicí technologie. Nový čip využívá metodu Alternating-Bias Assisted Annealing (ABAA) pro přesné nastavení frekvencí qubitů, což umožňuje lepší výkonnost dvouqubitových bran. Rigetti plánuje rozšířit svou modulární architekturu na více než 100 qubitů do konce roku 2025. Tento systém je dostupný prostřednictvím Rigetti Quantum Cloud Services a brzy na platformách Amazon Braket a Microsoft Azure.

Startup AQSolotl ze Singapuru, spin-off z NTU a NUS, představil CHRONOS-Q, kvantový kontroler propojující tradiční počítače s kvantovými systémy. Tento systém zjednodušuje ovládání kvantových počítačů prostřednictvím běžných zařízení, nabízí reálnou zpětnou vazbu během výpočtů s rychlostí pod 14 nanosekund a modulární design zajišťující škálovatelnost.

Kvantové algoritmy a software

Výzkumníci z University of Waterloo prokázali, že kvantové algoritmy mohou urychlit tvorbu a použití generativní umělé inteligence (AI) v aplikacích s periodickými strukturami, jako jsou analýzy molekulární dynamiky. Práce ukazuje, že kvantové výpočty jsou efektivní zejména tam, kde klasické generativní AI metody, například v počítačovém vidění a řeči, nenacházejí zásadní zrychlení. Molekulární dynamika, například u velkých molekul jako proteinů, využívá generativní AI k hledání a generování specifických 3D struktur. Kvantové počítače mohou díky periodicitě úhlů molekulárních vazeb významně vylepšit simulace těchto procesů, což je zásadní v oblasti farmakologie. Tato periodicita připomíná princip Shorova algoritmu, který využívá periodické struktury k faktorizaci čísel a prolomení RSA šifrování.

Kvantová a post-kvantová bezpečnost, kvantové sítě

Ve dnech 4. a 5. prosince 2024 se v Praze uskutečnil mezinárodní workshop Post-Quantum Transition Workshop (PQT), pořádaný Vysokým učením technickým v Brně (VUT) a Národním úřadem pro kybernetickou a informační bezpečnost (NÚKIB). Cílem akce bylo propojit akademickou, státní a komerční sféru a diskutovat výzvy spojené s přechodem na kvantově bezpečné technologie a postkvantovou kryptografii (PQC), zejména v oblasti e-governmentu a kritické infrastruktury. Program zahrnoval přednášky odborníků z Česka i zahraničí, včetně zástupců Estonska, Nizozemska a Lucemburska, a panelovou diskusi zaměřenou na praktické otázky implementace PQC. Já jsem se účastnil a rozhodně to byla přínosná akce. Těším se na další podobné v 2025. p.s. prezentace najdete zde.

Výzkumníci z Northwestern University jako první na světě úspěšně demonstrovali kvantovou teleportaci přes optické kabely (zatím byly podobné demonstrace jen pro kvantovou distribuci klíče, QKD), které již přenášejí běžný internetový provoz. Tento průlom ukazuje, že kvantová komunikace může sdílet infrastrukturu s klasickými komunikačními sítěmi, což výrazně zjednodušuje požadavky na nové rozvody pro kvantové aplikace, jako jsou distribuované kvantové výpočty a senzorika. Tady i česky.

Nokia a Turkcell úspěšně demonstrovaly použití post-kvantové kryptografie na IPsec v mobilních sítích, což představuje první implementaci svého druhu zaměřenou na ochranu komunikace před hrozbami kvantové éry. Demonstrace využila řešení Nokia IPsec Security Gateway k šifrování datových paketů na síťové vrstvě.

Ačkoliv jsem chválil Google, že u představení Willow se zdrželi superlativů, tak si to hodně přehnaně domyslili jiní (také jsem si všiml, jak spousta rádoby-AI expertů jsou i experti na kvantum…). Třeba hned se spojuje Willow s tím, jak je Bitcoin v prčicích a zní to, jako bychom měli být schopni jej rozbít za dva roky. Ne, ohroženo je jen pár desítek Bitcoinů, co leží ladem a bylo s nimi manipulováno s nejstarším protokolem p2pk. Ale i na ty je Willow strašně krátký. U těch novějších bitcoinů pod protokolem p2pkh se prakticky není zatím čeho bát, viz pěkně to sepsali zde. Avšak z dlouhodobé perspektivy, i Bitcoin by měl přejít na PQC.

Rychlovky: Světové ekonomické fórum rovněž doporučuje se zabývat PQC. # CISA: Termín 2035 pro kvantové šifrování je stále dosažitelný.

Kvantový byznys, investice a politika

SEALSQ Corp získal celkově 60 milionů USD na ASIC čipy pro post-kvantovou kryptografii.