Tento týden přinesl různorodé novinky. Určitě důležitá je ta o logickém qubitu s uvězněnými ionty, ale i třeba teoretická studie, jak by kvantová paměť by mohla pomoci kvantovým procesorům. Zajímavé novinky jsou i v oblasti software a nových dostupných open source programech. A taky je tu tip na výuku kvantové mechaniky pro vaše děti od 11 let.

Kvantová fyzika

Vědci z Delft University of Technology dokázali provést kvantovou teleportaci z fotonu na optomechanické zařízení. Již dříve se objevilo, že optomechanické zařízení (v podstatě kvantový mechanický oscilátor) se chová kvantově a může obsahovat kvantovou informaci. Zde, výzkumnici měli foton, který nesl kvantovou informaci, tu předal optomechanickému zařízení a pak byla později tato kvantová informace vyvolána zpět. To znamená, že toto optomechanické zařízení funguje jako kvantová paměť. Toho také chtějí vědci využít a postavit kvantový opakovač (repeater).

Kvantové počítače

Tak to vypadá, že máme téměř první logický qubit. Konkrétně vědci z University of Maryland demonstrovali logický qubit na kvantovém počítači od IonQ, který se skládá jen z devíti fyzických qubitů s minimální režií. Tento průlom byl publikován v Nature. Tohle by IonQ mohlo pomoci hodně předběhnout konkurenci, která z velké části staví na supravodivých qubitech, kde budeme na logický qubit potřebovat tisíce těch fyzických.

Konsorcium QED-C dnes uvolnilo jako open source balíček programů, které slouží jako benchmark testy kvantových počítačů. Tento bechmark se nesnaží zjistit maximální výkon „železa“ ale spíše se soustředí na výkon pro praktické aplikace. Najdete jej na githubu.

Se zajímavou teoretickou prací přišli výzkumníci z Francie, kdy studovali výkon pomyslné architektury, kde by součástí kvantového čipu byla i kvantová paměť, podobně jako u klasického procesoru. Současné kvantové procesory žádnou paměť nemají. Mají qubity přímo pro výpočet, které však kvantovou informaci dlouho nevydrží. V publikaci výzkumníci ukázali, že v případě takovéto architektury, tedy kvantový procesor s kvantovou pamětí, by potřeboval méně výpočetních qubitů pro stejné výpočty. Toho je dosaženo efektivnější korekcí kvantových chyb. Konkrétně ukázali, za jakých podmínek bychom mohli použít Shorův algoritmus pro rozlomení RSA šifrování.

Kvantový software a algoritmy

Strangeworks spouští Backstage Pass Program. Jedná se o program, v rámci kterého se uživatelé dostanou jako první k nejnovější technologii od Strangeworks, dále je větší šance, že se dostanou k nejnovějšímu hardware, který je jen pro vybrané beta testery a navíc budou se moci přihlásit o kredity na hardwarové počítání v hodnotě 5000 USD, který mohou použít na systémy od D-Wave, IonQ a Rigetti.

Pořád se píše o tom, jaké nebezpečí mohou kvantové počítače představovat pro kryptoměny a systém blockchainu. Základní problém je, že tento systém používá asymetrické šifrování (RSA, ECDSA, ECDH, …), které je náchylné k rozlousknutí pomocí Shorova algoritmu. Další uvažovaný problém může být efektivnější těžba díky vyhledávacímu Grooverovu algoritmu, který poskytuje až kvadratickou výhodu. Nejnověji Quantum Cambridge publikovalo jejich proof-of-concept pro kvantově odolný blockchain. Konkrétně je to postavené jako další vrstva navrch, díky čemuž samotná blockchain technologie nemusí být modifikovaná.

Strojové učení je velká věda sama o sobě. Jednou z menších součástí je i útok na tyto metody vhodným nenápadným podvržením tréninkových dat, které může vést k zásadním problémům. A čínští vědci ukázali, že v případě kvantového strojového učení je situace velmi podobná.

Cambridge Quantum uvolnila první toolkit a knihovnu pro kvantové zpracování přirozeného jazyka (Quantum Natural Language Processing – QNLP) pod názvem lambeq. Základní funkcí toolkitu je převod vět na kvantové obvody, kde pak už můžete nasadit své vlastní kvantovém zpracování a algoritmy. lambeq je open source a velice hladce funguje v systému TKET, rovněž od Cambridge Quantum a open source. Samotný toolkit najdete na githubu.

Školy, konference

2021 Qiskit Global Summer School on Quantum Machine Learning je již dávno za námi. Nyní IBM zpřístupnilo celý kurz, ne jen videa, ale i laboratorní cvičení, prezentace a další.

Snad nikdy není brzo na to začít s kvantovou mechanikou. Jedním z takových projektů určený pro děti již od 11 let je Kitty Q od německých autorů.

Politika, byznys, investice

Tak to nakonec vypadá, že se UK bude moci zapojit do kvantových a vesmírných projektů v EU. Připomeňme, že tento druh projektů EU označila jako citlivé a omezila spolupráci pro přidružené země. Avšak hodně zemí a vědců protestovalo. Koneckonců je to hlavně pro dobro EU, protože kvantovým technologiím se v UK soustavně a systematicky věnují a třeba v kvantových senzorech jsou před kontinentální Evropou.

Quantum Dice je britský spinout z Oxford University, který právě získal pre-seed investici 2 miliony liber na vývoj integrovaných fotonických čipů pro kvantový generátory náhodných čísel.

CERN už minulý rok ohlásil, že se pořádně pustí i do kvantových technologií. Nyní CERN vydal svou kvantovou roadmapu. Aktivity CERNu se zaměřují hlavně na částicovou fyziku, ale ne výhradně. Již jsou vyvíjeny různé algoritmy pro teoretický výpočty, analýzy dat a třeba i kvantové senzory pro temnou hmotu atd. Na druhou stranu, CERN nemá ambici vyvíjet vlastní kvantový počítač, ale využít služeb stávajících cloudových providerů jako je IBM, Microsoft, atd.

Pěkné zamyšlení o tom, co by mohlo poškodit kvantový průmysl najdete na Washington Business Journal. Jedná se především o velikost nacenění kvantových softwarových firem a případné obchodní restrikce (zákaz vývozu citlivých technologií).