IBM zdá se po letech experimentování s rozvržením a propojením qubitů na svých kvantových čipech dokonvergovala k nějakému výsledku. Také se podíváme jak aplikace na kvantových počítačích mohou pomoci udržitelnému klimatickému rozvoji nebo pro výzkum rakoviny. Zajímavý je i výzkum čipů pro kvantově odolné šifrování a jejich možnosti napadení.

Kvantová fyzika a informatika

Vědci z Julius-Maximilians-Universität Würzburg vytvořili spinový qubit v krystalové mřížce nitridu boronu formou spinového defektu. Takovýto qubit se ukázal jako výborný kvantový senzor, který je citlivý na změny ve svém bezprostředním okolí (vzdálenost jednotlivých atomů, nebo vrstvy atomů nad a pod). Toho lze využít k detekci magnetického pole, teploty nebo dokonce tlaku. Samotné změření qubitu lze provést jednoduše pomocí laseru. Vědci provedli měření na sadě několika milionů qubitů. Jejich dalším krokem je měření na jednotlivých qubitech, což by vedlo k možnosti senzorů na nanometrové škále.

Kvantové počítače

IBM mění architekturu svých kvantových procesorů. Nyní základní jednou bude tzv. „heavy-hex“, jedná se o hexagon, kde jsou qubity na každém vrcholu a uprostřed každé hrany. Z toho vyplívá, při spojení s jiným heavy-hexem, tak propojené jsou jen qubity z vrcholů. Výsledkem, je že takový kvantový procesor nabídne méně propojení, než jakými disponovaly současné procesory od IBM. Jedná se o výsledek 7 let experimentování s různými architekturami. Z krátkodobého hlediska jde o pohoršení, ale z dlouhodobého se jedná o zjednodušení, menší chybovost a lepší škálovatelnost.

Na arXiv se objevil preprint, který shrnuje, jak kvantové počítače mohou pomoci v boji za lepší klimatické podmínky. Dá se to shrnout do čtyř bodů: 1) kvantové simulace (jak lépe dostat uhlík z atmosféry, lepší katalyzátory, …); 2) kvantové optimalizace (chytré nabíjení, efektivnější doprava, atd.); 3) kvantové senzory (lepší povědomí v podstatě o všem); a 4) energetická efektivita kvantových počítačů (výpočet na kvantovém počítači je energeticky velmi nenáročný a pokud by se podařilo část výpočtů ze super počítačů se super spotřebou přenést na ty kvantové, tak by to bylo fajn).

Dle výzkumu The Quantum Insider, trh s kvantovými počítači přes cloud (Quantum Computing-as-a-Service – QCaaS) má potenciál dosáhnout 4 miliardy USD v roce 2025. Velkého potenciálu si všímají i investoři a za rok 2021 (do konce července) proteklo již 1.9 miliardy USD investic. Za celý minulý rok to byla zhruba jedna miliarda.

Kvantový software a algoritmy

Čínský Origin Quantum vydal aplikaci QGAN v rámci svého cloudu. V podstatě se jedná o kvantové strojové učení na bázi vlastního frameworku VQNet, které se zaměřuje na obnovu obrazu.

Společnost Data Analytica vydala svůj vlastní simulátor kvantového počítače. Ten zatím implementuje základ, tedy Hadamard, Pauliho a CNOT brány a samozřejmě měření. Data Analytica požívá tento svůj simulátor pro studium kvantových neuronových sítí a kvantových náhodných procházek.

German Cancer Research Center (DKFZ) je největší výzkumné pracoviště pro výzkum rakoviny v Německu. Součástí toho je i velké množství osobních a výzkumných dat, která je potřeba zpracovat a odpovědět na otázky jako jsou: Jaká procedura je nejvhodnější pro daného pacienta? Jaké signály a biologické procesy vedou k rakovině? a další. V rámci DKFZ je skupina, která se zabývá využitím kvantových počítačů. Ti doteď testovali svůj software jen na simulátorech. Nyní, kdy Německo má kvantový počítač od IBM (psali jsme zde), tak DFKZ bude jeden z významných uživatelů.

Kvantové sítě a kryptografie

Výzkumníci z QuantumCTek s dalšími kolegy ukázali funkční řešení QKD a kvantově odolného šifrování (PQD) na velkých sítí. QKD samo o sobě nemůže fungovat jen skrze kvantový kanál. Vždy je doprovázeno i klasickým spojením skrze které se obě strany domlouvají. To znamená, že i tato komunikace by měla být částečně zabezpečena. Zabezpečením se myslí hlavně autentifikace neboť samotná komunikace není tajná a i její znalost útočníkovi nepomůže. V tomto případě výzkumníci použili QKD pro výměnu samotných klíčů a PQD pro autentifikaci klasického kanálu.

Výzkumníci z Technical University of Munich přišli s hardwarovým čipem, který efektivně aplikuje kvantově odolné šifrování a navíc obsahuje trojské koně. Nicméně se nejedná o produkční čip, ale naopak o výzkum možném napadení čipu na hardwarové úrovni (Případ, kdy útočník se dostane k výrobci čipů a pozmění obvody ve svůj prospěch. V takovém případě by i kvantově odolné šifrování bylo na nic). Jinak čip efektivně implementuje lattice typ kvantově odolného šifrování a je navíc open source v rámci RISC-V technologie.

Kvantový byznys, investice, granty

Kvantová společnost Riverlane získala kontrakt na dodávku software pro UK National Quantum Computing Centre. Konkrétně by mělo jít o vývoj a dodávku software pro benchmarking (zjištění a zhodnocení výkonu) kvantových počítačů.

Americký kvantový startup POLARISqb získat počáteční investici 2 miliony USD. POLARISqb vyvíjí software pro objev léčiv na míru kvantovým počítačům ale zároveň používají všechny moderní prvky jako je cloud, strojové učení i umělou inteligenci.

Tak to vypadá, že další kvantovou společností na americké burze bude Arqit o kterém jsme poslední dobou také docela psali i v novinkách.