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

Kvantové počítače

IBM vydalo své vlastní ohlédnutí za rokem 2022 a nastiňuje co nás čeká letos. Pěkné, zajímavé a dlouhé čtení. Vesměs tam není úplně žádná extra nová informace o které bychom zde nepsali, ale je fajn si to přečíst v souvislostech.

Na VentureBeat najdete článek o tom, jak rok 2023 by mohl být přelomový pro kvantové počítače. Krom toho, že se to říká o každém roce, tak bych byl docela opatrný. Pokročilý, hlavně hardwarový výzkum je drahý a některé firmy již začínají mít problémy s financemi. Navíc, jak popisuji níže, za rok 2022 do kvantových technologií přiteklo jen o něco méně peněz než v 2021. Což by se mělo také uvážit. Kde osobně bych viděl největší dynamiku je kvantový software. Tam vývoj není tak drahý a vstupní bariéra je poměrně nízká. Je to hlavně o mozcích, případně AI…

Vědci z MIT opět trochu vylepšili kvantové počítače, které potřebuji kryogenické chlazení. Jen pro připomenutí, teplo je nejčastější zdrojem kvantových chyb u supravodivých ale i třeba spinových qubitů. Proto je umisťujeme do kryogenických mrazáků, kde pracují při teplotách blízko nule. Nicméně dané qubity se musejí řídit, vyčítat, inicializovat apod. Takže do kryostatu vedou kabely, většinou koaxiální a jejich množství roste s počtem qubitů. A ty nám tam přinášejí teplo nejen z venku ale i vlastním průchodem proudu. Na MIT na to šli bezdrátově. Za prvé, v kryostatu vytvořili skleněné okénko skrze které signál může jít dovnitř/ven. Dále nelze použít třeba wifi, neboť frekvence na úrovni GHz se používají i k řízení qubitů a došlo by k nežádoucí interferenci. Takže zde úspěšně zprovoznili a otestovali terahertzovou komunikaci. THz frekvence sedí mezi rádiovými frekvencemi a infračerveným světlem. Nepřekvapivě dokážou přenést více dat, než rádiové systémy. THz komunikace začíná být poslední dobou docela trendy. Neboť technologických pokrok v THz komunikaci je poměrně čerstvý.

Vědci z německého Fraunhofer Institute představili nové součástky pro kvantové počítače pro kryogeniku. Konkrétně jde o propojky mezi řídicím a vyčítacím systémem a samotnými qubity. I jen tato propojka generuje miniaturní magnetické pole a to je škodlivé. Zde vědci použili ultratenké propojky z india. To s sebou nese nové poznatky ve výrobě elektroniky pro kryogenické prostředí.

QuantWare oznámilo významný pokrok v kvantových procesorech. QuantWare pracuje na svém patentovaném 3D kvantovém supravodivém čipu, kde supravodivé obvody jsou propojené i vertikálně. Tento přístup slibuje mnohem lepší škálovatelnost. To QuantWare demonstruje se svým novým 64-qubitovým procesorem Tenor. Škoda, že zatím nejsou dostupné obrázky, jak vypadá topologie a propojení qubitů.

Quantinuum opět vylepšilo své kvantové procesory na bázi uvězněných iontů a dostalo se na hodnotu Quantum Volume 32 768. Tohoto vynikajícího výsledku dosáhli se svým modelem H1-1. Vylepšený byl řídící laser, zvýšena fidelita dvou-qubitových operací a další. Více o Quantum Volume u nás.

Kvantový software a algoritmy

Google publikoval v Nature jejich pokrok v oblasti korekce kvantových chyb. Tedy vytvoření logického qubitu. Ještě nejsme tak daleko, že by tento logický qubit byl lepší než ty fyzické. To důležité poselství je ta mašinérie za tím logickým qubitem, která umí opravovat kvantové chyby. K tomu Google na svém blogu vydal obsáhlý příspěvek ohledně tohoto pokroku. Konkrétně pracují s tzv. surface code. Příspěvek nastiňuje celou roadmapu, jak Google chce dosáhnout téměř ideálních (logických) qubitů. Avšak hlavní poselství je, že Google připravil první prototyp logického qubitu! Pro praktické použití potřebujeme chybovost stáhnout alespoň 1000x. Ale jsme na dobré cestě.

IBM a Paypal demonstrovali tzv. variational quantum optimization technique for feature selection (VarQFS) algoritmus. Tento algoritmus je vhodný kandidát na tzv. feature selection problém, nebo v češtině tzv. výběr rysů. Jde o problém, kde potřebujeme vybrat podmnožinu vlastností či rysů pro sestavení modelů pro strojové učení nebo statistiku. Ve výsledku vědci zjistili, že kvantový algoritmus pro některé případy může být lepší než současné, klasické, metody. Avšak potenciál algoritmu může být větší.

Qiskit na svém blogu vydal příspěvek, který čtenáře uvádí do modulu Bosonic Qiskit. Jedná se o velmi zajímavou „hračku“, kde pomocí bosonů ve formě qumodů můžete simulovat qudity, tedy d-dimensionální kvantovou informaci (qubit má dvě hodnoty, tedy je dvoudimensionální. Podobně qutrit je třídimenzionální, atd.). Výpočetní potenciál takového systému roste velmi významně. Ale stejně tak roste složitost logiky za tím. A to nemluvě o případné fyzikální realizaci.

Kvantová bezpečnost

Kvantové počítače v budoucnu budou představovat problém pro velkou část internetového provozu a to včetně i pro DNS. O možných dopadech na DNS si můžete přečíst právě zde. Ony tam jsou vlastně i další nepřímé důsledky. PQC obecně bude používat větší klíče a digitální podpisy, což nutně povede k většímu datovému provozu, které DNS servery budou muset zvládnout. Navíc v některých případech velikost paketů může být i příliš velká pro UDP protokol. V tomto smyslu, DNS služby ruku v ruce s přechodem na PQC budou muset přejít i na výkonnější hardware.

Narazil jsem na Youtube na přednášku o QKD a EuroQCI od NÚKIBu z minulého roku.

Izraelský startup QuantLR spustil svůj první produkt LoQomo 1 postavený na QKD. Jedná se o low-cost QKD řešení, kde se chlubí, že jejich řešení už otestovalo několik klientů a je tedy připravené pro komerční nasazení.

Korejský SK Telecom představil svůj bezpečnostní čip „Quantum Cryptography One Chip“. Jedná se o miniaturní čip pro kvantové generování náhodných čísel (QRNG) a tzv. physical unclonable function (PUF) s nízkou spotřebou vhodnou i do IoT zařízení. Na vývoji se podílelo i ID Quantique.

Nedávno se objevil článek, kde autoři tvrdí, že prolomili PQC algoritmus CRYSTAL-Kyber, který má být standardizován organizací NIST. A v komunitě bylo kolem toho velké haló. Opět. Zajímavostí tohoto útoku je, že bylo použito AI a to v dnešním kontextu ChatGPT apod. vyvolává ještě větší obavy. Nicméně je potřeba k tomu přistupovat s chladnou hlavou. To že CRYSTAL-Kyber byl prolomen je jen mediální zkratka. Samotný algoritmus prolomen nebyl. Jen jeho implementace. To je stejné jako s QKD. QKD je super bezpečné, neodposlouchávatelné, ale záleží na implementaci, vždy tam jsou nějaké předpoklady. Ohledně PQC se můžete dočíst i u nás.

Velcí hráči nejen v telekomunikaci jako IBM, Vodafone a další členové asociace GSMA vydali obsáhlý report o vlivu kvantové hrozby pro telekomunikace. Doporučené čtení pro lidi z oboru.

Kvantový byznys, investice, granty

The Quantum Insider vydal report ohledně investic do kvantových technologií. V roce 2022 byly investice mírně nižší než v 2021. Nicméně pořád velmi vysoké. Navíc rok 2023 se nám rozjíždí ve velkém s tím, co vše už bylo ohlášeno. Ale v globálním obrázku kolik VC investují, tak sektor kvantových technologií je jen malý zlomek. Kromě USA, tak největší investorská aktivita lze sledovat v UK, Francii, Finsku a Německu. V roce 2022 bylo zainvestováno více než 40 kvantových společností. Mnohem více detailů najdete i v samotném reportu.

Startup Quantum Motion pracující na spinových qubitech v křemíků získalo investice za 50.5M USD.

University of Sydney oznámila investici 7.4M USD do rozšíření svých kvantových laboratoří. Konkrétním cílem je vytvoření tzv. Future Qubit Foundry, tedy zařízení, kde chtějí pracovat na qubitech budoucnosti. Už nyní jejich kvantové laboratoře jsou na špičkové úrovni a tímto krokem je ještě povýší.