Po týdny Vám opět přinášíme výběr nejzajímavějších a nejzásadnějších novinek z kvantového světa. Máme tu čínskou kvantovou nadvládu (nic nového, už to tu bylo, jen se to více formalizuje), zajímavé využití kvantových algoritmů v Rusku v jaderné energetice a třeba samo se opravující fotonový detektor na satelitu.
Kvantové počítače
Baidu oznámilo upgrade svých strategických plánů pro QIAN, jehož cílem je vytvořit integrované softwarové a hardwarové řešení. Navíc, Baidu uvolnil i YunIDE, nativní cloudové integrované vývojové prostředí.
Tentokrát již dva čínské týmy ohlásili dosažení kvantové nadvlády. Vůči dřívějším pokusům nyní rozdíl je, že klasické řešení problému se kterým se porovnávají je to nejlepší možné. To je třeba rozdíl vůči Google, který tvrdil, že stejný problém by klasický počítač spočítal za 10 000 let a pak IBM ukázalo, že by stačily tři dny. Nicméně, stále je to demonstrace na výpočtech , které nejsou nijak praktické, zatím. Jeden tým použil fotonický kvantový počítač a druhý supravodivý (s 56 funkčními qubity z 66).
Výzkumníci na University of Innsbruck postavili prototyp kompaktního kvantového počítače. O tom jsme už psali. Novinkou je, že by měl tento kvantový počítač být dostupný na AQT Cloudu – evropské konkurenci Amazon AWS, Microsoftu apod. Navíc samotný kvantový počítač je ze 100% evropského původu, jeho spotřeba je 1.5 kilowatt (jako třeba konvice na vodu) a vědci zkoumají jak jej napájet jen ze solárních panelů v rámci zelené cesty EU.
Amazon AWS otevřel své centrum pro kvantové počítače v kampusu California Institute of Technology (CalTech). V rámci toho si určili pět výzev, které by zde chtěli pokořit: vytvoření více a lepších qubitů (plánují pracovat na supravodivých qubitech); snížit šum v kvantových počítačích (hlavně pomocí výrobního procesu a materiálů); vývoj většího kvantového počítače (než konkrétní cílový počet qubitů to formulují jako je potřeba vše zvětšit, chlazení, čipy, atd.); vylepšit kvantové korekční algoritmy aby neměli takovou spotřebu qubitů; a zrychlit kvantové počítače (konkrétně provádění kvantových operací na jednotlivých qubitech a zvýšit tím i spolehlivost).
Kvantový software a algoritmy
V projektu Qiskit pracují na nové verzi Qiskit Textbook, která by měla být v mnoha ohledech lepší a interaktivnější. V podstatě to nabídne podrobné a názorné kurzy pro jednotlivé oblasti kvantových počítačů. Už jen ta trocha, co je nyní veřejně k dispozici vypadá velice dobře, hlavně pro začínající „kvantovkáře“.
Dvanáct farmaceutických expertů se dalo dohromady a vydali analýzu o možném využití kvantových počítačů v oboru. Výsledkem je, že lze očekávat masívní benefity z kvantových počítačů v dlouhodobém horizontu, alespoň 10 až 15 let. Nicméně finanční návratnost už tak zázračná nebude.
Ruský ROSATOM a výzkumníci z Russian Quantum Center oznámili, že jako první na světě s kvantovým počítačem vyřešili důležitý aplikovaný problém. Oním aplikovaným problémem je optimalizace rozložení jaderného vyhořelého paliva v kontejnerech pro jejich dlouhodobé bezpečné uložení. V praxi potřebujete co nejekonomičtější řešení (tedy co nejméně kontejnerů) na druhou stranu jste omezeni maximálním tepelným výkonem na kontejner (i vyhořelé tyče stále pracují a „topí“). Tohle zní už seriózněji, protože optimalizace rozmístění vyhořelého paliva se zkoumalo i před kvantovými počítači. Samozřejmě bez detailů například v podobě vědeckého článku se toto tvrzení hodnotí ztěžka.
Francouzský startup Pasqal vydal výzkumný článek v němž popisuje nový protokol pro kvantové strojové učení pro porovnání dvou podobných grafů (graf v matematickém slova smyslu). To může být zajímavý pokrok, například v optimalizacích se velká část problémů reprezentuje právě grafy.
Kvantové sítě a kryptografie
Čínské úřady již zavedli standardizaci pro QKD. Konkrétně se jedná o GM/T 0108-2021 a GM/T 0114-2021 pro QKD na bázi BB84.
Kvantové technologie
Kvantové satelity není nic nového. Už je to i experimentálně ověřené a několik startupů pracuje na svých nových satelitech. Ale je tu jedna velká výzva. Pokud potřebujete detekovat jednotlivé fotony, potřebujete velmi citlivý detektor. To však není ve smíru s vesmírným prostředím, kde vládne kosmické záření, tedy radiace, která poškozuje detektor a efektivně se to chová jako šum, který narůstá. Výzkumníci z Ruska a Kanady přišli se způsobem, jak takové poruchy opravit. V určitých intervalech detekční čip zahřejí a pomocí žíhání se chyby v křemíkové mříži částečně opraví. Tato metoda by mohla prodloužit životnost detektorů na satelitech až desetkrát.
Události, konference
Minulý týden proběhla konference IEEE Quantum Week. Pěkný výběr z key notes prezentací najdete na QCR. Dá vám to přehled, na čem se pracuje a jaké jsou vidiny v oblasti kvantových počítačů.
Byznys, investice, granty
Čínský startup Arclight Quantum uzavřel andělské investiční kolo s výnosem několik desítek milionů juanů. Ti pracují na isQ. Jedná se o platformu obsahující kvantové programování, kompilaci, verifikaci, simulaci a další funkce. Údajně již svým zákazníkům poskytli řešení v oblasti strojového učení, kvantové chemie, a další softwarové produkty v oblasti financí, průmyslu. energetiky a farmacie.
QURECA s dalším partnerem organizuje akci Quantum Pitch Competition 2021. Jedná se o jednodenní akci, které se účastní kvantové startupy prezentující svůj záměr a investoři, který mají zájem do této oblasti investovat.
Novinka o aktivitach ROSATOMu mne velice zaujala. Venuji ze problematice optimalizace konfiguraci jaderneho paliva vice jak 10 let, takze se citim docela jako odbornik. Hlavni prekazka v tomto pripade je skutecnost, ze optimalizovana funkce je v praxi realizovana dosti komplexnim vypocetnim kodem, ktery pocita produkci tepla vyhoreleho paliva v zavislosti na jeho izotopickem slozeni a konfiguraci v kontejneru. Pokud jsme neco zasadniho neprehledl, tak realizace tohoto vypocetniho kodu v ramci kvantoveho pocitani (soustava nelinearnich parcialnich diferencialnich rovnic) je zatim zcela mimo moznosti kvantovych pocitaci, nemluve o vhodnem kvantovem algoritmu. Problem je formalne velice podobny problemu obchodniho cestujiciho (kazda konfigurace paliva odpovida permutace palivovych souboru), ale s tim rozdilem, ze optimalizovana objektova funkce je na rozdil od TSP (delka cesty) resenim soustavy par. dif. rovnic. Takze se na svetove prvenstvi ROSATOMU v teto aplikaci divam VELICE skepticky.
Ten projekt KuBord je ve skutecnosti QBoard (https://en.qml.rqc.ru/products/qboard).
Zdravím, děkuji za komentář. Naprosto souhlasím, ono je to těžko ověřit a zhodnotit. Z hlediska algoritmu nemohu vůbec soudit. Pokud jde o kvantový počítač, tak na těch gate-based nějakých 50 qubitů si typuji stačit určitě nebude. Ještě jedna možnost je použít kvantový annealer, tady D-Wave nabízí hybridní systém schopný řešit optimalizační problém s až 10 000 proměnnými. Ale kvantový annealer z principu neumí řešit diferenciální rovnice (to jen univerzální gate-based kvantový počítač), takže by ta úloha musela být převedena asi na systém lineárních rovnic.
Zrovna v těchto případech, kde odkazuji na nějakou novinku, kde je minimum informací, tak se snažím dát i opatrný komentář, viz poslední věta. Na druhou stranu dal jsem tam i komentář s tím, že to zní seriózněji, protože tyto optimalizace, alespoň co vím, se opravdu studují. To je jiná situace, než když se nasadí kvantové optimalizace na třeba rozvržení výrobního procesu s výsledkem zefektivnění desítky procent. Tam se těžko pozná, co je opravdu kvantový výsledek, nebo co je jen výsledkem toho, že se někdo nějakou optimalizací do hloubky vůbec zabýval.
Nicméně, pokud byste k tomu našel nějaké info navíc, tak budu rád, pokud se o to podělíte.
Omlouvam se za radu preklepu v predchozim komentari … klavesnice na mobilu je opravdu hodne omezujici :)
Typicka ukazka soucasnych snah je napr. nasledujici clanek: https://doi.org/10.1051/epjconf/202124706028
Problem je, ze prave tento clanek byl na konferenci PHYSOR2020 uplne „rozcupovan“ vsemi pritomnymi odborniky. Pouzity Hamiltomnian (Ising Model) pro adiabaticky anealer nema s neutronickou povahou reseneho problemu naprosto nic spolecneho. Takze klicova je az veta v zaveru: „Further work should look at ways to transfer real physics connectivities into the Ising simulation, as well as ways to transfer burnup histories and gradients into the fuel.“ Tuto snahu ale povazuji za predem prohranou, protoze moznosti Isingova modelu postihnout byt jenom aproximativne slozitejsi fyziku jsou znacne omezene!
Prekvapive je snad jenom to, ze konfigurace nalezene simulated quantum annealing (SQA) algoritmem koresponduji alespon velice priblizne s rozumnymi konfiguracemi. Coz je ovsem dano nikoli pouzitym Hamiltonianem, ale pouze a jenom sadou omezujicich heuristickych podminek 1.-4. (chap. 2), ktere zasadne redukuji velikost prohledavaneho konfiguracniho prostoru a omezuji konfigurace prave na ty „rozumne“. Fyziklani parametry konfiguraci nalezenych pomoci SQA (Tab. 2 … Fig.3a-4c) prepocitane neutronickym kodem PANTHER vykazuji OHROMNE odchylky od near-optimal konfigurace (Tab. 2 BEAVRS(model-actual). Ale co hure, pro near-optimal konfiguraci ma pouzity Hamiltonian vyssi hodnoty, nez pro vsazky s evientne horsimi parametry, takze je SQA nemuze ani nikdy najit. Pouzity Hamiltonian tudiz opravdu neni vhodny pro adekvatni popis resenho problemu!!! Tento fakt autori clanku nezminuji vubec, ale v ramci konference to byli nuceni priznat, coz melo za nasledek znacne ochladnuti v auditoriu.
To vse v praxi znamena, ze schopnost tohoto algoritmu hledat optimalni konfigurace je velice omezena, ne-li nulova, vezmemeli v potaz, ze realne pouzitelna konfigurace musi mit BOC_PPF < 1.49).
Obavam se, ze aktivity ROASATOMU se prave timto smerem, ktery ale takrka jiste nikam nevede. Na druhou stranu PR ROSATOMU snese vse a spousta lidi si urcite rekne … To jsou chlapici!!! :)
BTW: Sveho casu inicioval AirBus otevrenou soutez o nalezeni kvantoveho pristupu k 5. silne aplikovanym problemum v oblasti letectvi (CFD simnulace, optimalizace konfigurace nakladu v letadle, rizeni letoveho provozu, atd.) Vsichni resitele se jednoznacne schodli na faktu, ze optimalizovane funkce jsou hlavni problem, protoze je lze jen zcela vyjimecmne adekvatne prevest na kvantove pocitani a i to casto pouze APROXIMATIVNE.
Jeste poznamka na zaver: Nechtel bych, aby me komentare byly chapany zcela negativne. Jakekoli soustredene usili vynalozene na vyzkum v teto oblasti muze prinest velmi cenne vysledky, byt i jenom castecne. Nove vhledy do resene problematiky jsou VZDY prinosem. Chci pouze poukazat na realny fakt, ze stavajici moznosti kvantoveho pocitani (specialne adiabatickych anealeru – optimalizace problemu adekvantne posanych Hamiltonianem alepson teoreticky realizovatelnym HW kvantovym cipem) jsou znacne omezene co se obecnosti reseneho problemu tyce. Skutecny pokrok prinesou spise gate-based kvantove pocitace s velkym poctem qubitu (pouze tento pristup garantuje potrebnou obecnost resp. vypocetni universalitu), ale i tam je nejprve nutno najit kvantove-numericke ekvivalenty rady standardnich numerickych algoritmu, nez bude mozno pristoupit k jejich aplikaci na realne problemy.
Ne, to není vůbec negativní. Zrovna právě kvantové optimalizace jsou takové hodně neurčité, často sporné. Já naopak oceňuji jakýkoliv zpřesnění a osvětlení, zvláště pokud pro danou konkrétní aplikaci existují i větší detaily.
Musim ponekud korigovat sva predchozi tvrzeni. Optimalizace konfiguraci vyhoreleho paliva v kontejnerech v nekterych pripadech vyuziva velice konzervativni a zjednodusene fyzikalni modely, ktere pouze garantuji, ze nebudou prekroceny bezpecnostni limity na teplo uvolnene palivem v kontejneru. Tyto modely jsou linearni, takze je lze implementovat i v ramci Hamailtonianu Isingova modelu pro kvantovy adiabaticky anealer, na rozdil od fyzikalnich modelu popisujicich chovani konfigurace paliva v jadernem reaktoru.