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

Tendr na první český kvantový počítač LUMI-Q. Kredit: EC

Kvantovky v Česku

Právě byl oficiálně vypsán tendr na kvantový počítač v Ostravě. Jak je známo, bude jej provozovat IT4Innovation v rámci mezinárodního LUMIQ společenství. Kvantový počítač by měl být na bázi supravodivých qubitů a těch by mělo být nejméně 20 a to s hvězdicovou topologií (všechny qubity jsou spojené s jedním centrálním. Tedy, maximálně dvě SWAP operace pro interakci libovolných dvou qubitů). Dále fidelita jednoqubitové operace by měla být větší než 99.7% a dvouqubitové 99.0%. Celková cena bude €7 milionů (okolo 180 milionů korun) – půlku zaplatí EU a druhou půlku konsorcium LUMIQ. Termín na podání přihlášky je do začátku dubna. Preferovaný bude pravděpodobně nějaký evropský výrobce, tedy například IQM, QuantWare nebo Parity QC. Specifikaci najdete případně zde.

S tím, jak má do Ostravy přijít kvantový počítač se také rozšiřují lokální aktivity. Již na začátku ledna vznikla na VŠB Technická univerzita Ostrava kvantová laboratoř, „Quantum computing laboratory“. Výzkumný tým laboratoře se zaměří na vývoj nových algoritmů pro kvantové počítače a simulátory, včetně jejich praktických aplikací, kvantovou korekci chyb, výzkum v oblasti kvantových technologií, komunikace, kryptografie, optimalizace a strojového učení. Momentálně tam mají i sérii veřejných přednášek.

Kvantové počítače

Výzkumníci z University of Chicago postavili testbed s dvěma primitivními kvantovými supravodivými nody (v podstatě kvantový počítač jen s jedním qubitem). Zde qubity byly napojené na supravodivé rezonátory a následně oba rezonátory byly propojené dvoumetrovou také supravodivou linkou. Ve výsledku se jim povedlo přenést komplexní kvantovou komunikaci bez dvěma supravodivými qubity.

Kvantové počítače k překonání těch klasických to budou mít ještě těžší. Vědci z New York University přišli s vylepšenými hlubokými sítěmi, které celkem přirozeně umí pracovat s kvantovými interakcemi, ale bylo obtížné s nimi pracovat. Tyto základní obtíže byly překonány pomocí nástrojů ze statistické inference. Pointa je, že si ponechávají jen část informace a zbytek zahodí. Autoři to přirovnávají JPEG obrázkům, kde JPEG algoritmus také zahodí informace, které mají minimální vliv. Zde kompresní algoritmus odpovídá různým konfiguracím neutronové sítě. Ve výsledku jsou tedy schopni simulovat větší kvantové procesory. Podobně IBM tvrdí, že by se dal simulovat až 192-qubitový procesor!

Nový kvantový annealer Advantage2 s 1 200+ qubity již je dostupný na cloudu D-Wave.

Flowermon, to je název nového typu supravodivého qubitu na bázi tzv. zkroucených kuprátových van der Waalsových heterostrukturách. Vím, zní to hrozně, ale jde o to, že používají nekonvenční supravodivý materiál jehož symetrie dokáže lépe potlačit kvantový šum. Další výhodou je, že tento typ qubitu nepotřebuje jemné ladění a poskytuje tzv. parity-protected qubity přirozeně. Běžně je toho dosahováno pomocí komplexních kvantových obvodů.

Kvantový software a algoritmy

NVIDIA vydala novou verzi své knihovny CUDA Quantum 0.6. Mezi novými schopnostmi jsou: podpora pro multi-QPU a multi-GPU algoritmy, podpora MPI pro paralelní programování. Další novinkou je možnost sdílení paměti mezi vícero NVIDIA Hopper H100 grafikami pro možnost simulace více qubitů. Obecně nová verze je až 4krát rychlejší než ta předchozí.

Kvantové sítě a komunikace

Singapurský startup SpeQtral, který pracuje na prvním komerčním-privátním kvantovém satelitu představil TarQis. TarQis je pozemní stanice uzpůsobená pro komunikaci se satelity SpeQtral. Díky svému provedení do kontejneru je mobilní a lze ji libovolně přesunovat dle potřeb.

TarQis – pozemní stanice pro příjem kvantové komunikace ze satelitu. Kredit: SpeQtral

Kvantová bezpečnost

V Amazonu otestovali skutečnou výkonost post-kvantového šifrování (PQC). Obecný předpoklad je, že vše bude pomalejší kvůli vyšší výpočetní náročnosti PQC šifer a to zvláště na síťové infrastruktuře. Ale možná to nebude až tak zlé dle testů, co provedl Amazon na TLS 1.3. Za dobrých podmínek jim vyšlo, že PQC snížil výkon jen o 5%. Pokud je síť méně stabilní nebo má omezené pásmo, pak dopad na výkon je 10-15%. V těchto testech byl uvažován celkový čas přenosu, což dává smysl. To je to co nás nakonec zajímá. Ve většině případů se totiž měří tzv. initial TLS handshake.

V našich končinách si jakž takž zvykáme, že správný podnik, zvláště ty působící na internetu nebo používající významnou měrou IT infrastrukturu, má i tzv. CISO pozici neboli manažera informační bezpečnosti. No a v následujícím článku již spekulují o kvantovém CISO. Dobře, pořád jde o klasické CISO, jen přináší nové okruhy/oblasti, které bude muset CISO v budoucnu obsáhnout také.

Zde najdete velmi pěkný blogový příspěvek ohledně implementace ML-LEM (Kyber) PQC algoritmu v jazyce GO a to jen na 500 velmi dobře napsaných řádkách.

Kvantový byznys, investice a granty

Australský startup Diraq získal $15 milionů v rámci investičního kola série A-2. Diraq pracuje na kvantových počítačích na bázi kvantových teček. Celkově již na investicích získali $120 milionů.

Bílý dům přidal kvantové technologie na tzv. seznam critical and emerging technologies (CETs). Jedná se o technologie, které mohou mír klíčový vliv na národní bezpečnost.

Evropská klíčová iniciativa Quantum Flagship, která v podstatě udává směr kvantového dění v EU vydala novou roadmapu Strategic Research and Industry Agenda SRIA 2030: Roadmap and Quantum Ambitions over this Decade. Cílem je kvantově nezávislá Evropa, který se měla stát jakýmsi světovým kvantovým údolím (quantum valley).