Pravidelný týdenní přínos vybraných novinek ze světa kvantových počítačů, kvantových sítí a komunikace, kvantových technologií a kvantového byznysu.

Obrázek týdne: kvantový počítač do racku s 5 qubity od Quantum Brilliance. Kredit: Quantum Brilliance

Kvantové počítače

Britský startup Quantum Motion demonstroval spinový qubit na CMOS čipu za použití běžných prostředků. To by znamenalo výrazný pokrok a ušetření velkých peněz na výrobě a hlavně výzkumu nových výrobních procesů samotných qubitů. Nicméně tento čip potřebuje chlazení blízké absolutní nule. Práce byla publikována v PRX.

CMOS kvantový čip od Quantum Motion. Kredit: Quantum Motion

Startup Quantum Brilliance představil kvantový počítač na bázi NV center v diamantech o velikosti rackového serveru. Navíc jejich cílem je v roce 2026 přijít s kvantovým počítačem o velikosti grafické karty, který by bez problému mohl běžet na palubě satelitu nebo nějakého autonomního zařízení. Současně nabízený model má jen 5 qubitů, ale za pět let jich plánují 50+.

Kvantové počítače na bázi uvězněných iontů se velice osvědčily. Ačkoliv zatím nedosahují takových počtů qubitů jako supravodivé, tak díky menší náchylnosti k chybám jsou ve výkonu srovnatelné. Nyní dalším krokem je ukázat, jak by šlo tento typ qubitů naškálovat na velké množství. To je výzva, neboť současný design umožňuje maximálně zhruba 100 qubitů. Nyní se objevil teoretický avšak detailní plán na tzv. kvantovou-CCD architekturu. Ta by v jednom modulu mohla pojmout až tisíce qubitů. Výsledný milion-qubitový procesor by pak byl modulární – složený právě z těchto modulů.

Kvantový software a algoritmy

Ačkoliv se to na první pohled může zdát nepraktické, tak výzkum jde i směrem kvantové zpracování obrazu. Nově si teď o tom můžete přečíst na Qiskit. Na jednu stranu, potenciální možnost reprezentovat jeden pixel jedním qubitem, tj. zakódovat barvu i intenzitu do superpozice qubitu, zní lákavě včetně dalších zajímavých vymožeností. Na druhou stranu dnešní obrázky mají miliony pixelů a je tu spousta dalších ale.

Zajímavé dva nové algoritmy přicházejí z Fermilabu. Jedním z algoritmů je non-Boolean quantum amplitude amplification a jedná se v podstatě o zobecnění Groverova algoritmu, který vyžaduje booleovský (binární) výstup. To znamená, že při hledání se nemusíme jen ptát je to můj hledaný záznam ano či ne. Naopak je to jako hledání jazzové desky mezi alby různých žánrů. Druhým algoritmem je Quantum Mean Estimation, který v podstatě odpoví na otázku jak moc ona deska je jazzová.

Qiskit se dočkal větších změny struktury. Předchozí dělení na Terra, Aer, Ignis, a Aqua se změní spíše podle aplikací a nové moduly budou Qiskit Nature, Finance, Optimization and Machine Learning. Qiskit Nature má za cíl se zaměřit na kvantové simulace kvantových systémů a přejde pod ním i kvantové chemické simulace z Aqua. Časem by měla přibýt i podpora a algoritmy pro další simulace, například ohledně pevných látek, materiálů apod. Qiskit Machine Learning jak název napovídá v sobě bude skrývat vše kolem strojového učení.

Kvantové sítě a kryptografie

Pro současné kvantově odolné algoritmy nelze matematicky dokázat, že jsou nerozlousknutelné. Stále fungují na principu nějakého těžkého výpočetního úkolu. Avšak na rozdíl od RSA, se musí přijít s něčím, co je těžké i pro kvantový počítač. Máme to pár kandidátu a jedním z nich je šifrování na mříži (lattice). Technicky jde o problém nalezení nejkratšího vektoru ve více dimenzích. A čím více dimenzí, tím je to náročnější a to i pro kvantový počítač. Nicméně výzkumníkům z Centrum Wiskunde & Informatica se povedl nový rekord na prolomení tohoto šifrování. Konkrétně se jednalo o 180 dimenzí rozluštěných za 52 dnů za pomocí počítače s 1.5 TB RAM a NVIDIA RTX grafickými kartami. Předchozí rekord bylo 150 dimenzí za rok. To však neznamená, že toto šifrování není použitelné proti kvantovým počítačům. V zásadě stačí přidat více dimenzí, třeba dvakrát a jsme zase v bezpečí.

Kvantové technologie

V NIST vylepšili tzv. kvantové rádio založené na Rydbergových atomech o novou funkcionalitu určení úhlu příchodu signálu. Základem je, že změřili příchozí signál na dvou místech komůrky obsahující Rydbergovy atomy. Následně z rozdílu fáze lze učit úhel, odkud signál přichází. Připomeňme, že výhodou Rydbergových atomů, že mohou změřit signál o velmi dlouhých vlnových délkách (nízké frekvence) nezávisle na velikosti antény. Ta samotná má jen pár mikrometrů.

QLM Technology z UK představila kvantovou kameru monitorující emise plynů, konkrétně methanu a CO2. Technicky se jedná o kvantový lidar využívající jednotlivé fotony a SPAD detektor. Jejich řešení je levné, s nízkou spotřebou a poskytuje přesné mapování úniků. Dále pak pracují na verzi pro drony.

Ostatní

Jak vydělat na kvantových počítačích už dnes? Vydělat na umění! První obraz vytvořený kvantovým AI se vydražil za více než 10 000 dolarů.

Kvantový byznys a investice

Startup New Equilibrium zakončil investiční seed s 10 milionu USD. Startup se zabývá studiem struktur molekul pro farmacii za pomocí AI, které se učí biofyzice. Navíc, implementací kvantové chemie do jejich AI umožňuje objevit větší detaily struktur molekul.

V Chicagu vznikl další kvantový accelerátor pro startupy s názvem Duality. Duality nabídne koučink, základní investici, kontakty apod. V podstatě se jedná o americkou konkurenci proti kanadskému Creative Destruction Lab.

Konsorcium z Nizozemí, Quantum Delta NL, kde lídrem je QuTech, dostalo od vlády 615 milionů EUR pro ještě větší nakopnutí kvantového výzkumu.

Ve Finsku vznikl institut InstituteQ, jedná se o spolupráci Aalto University, University of Helsinki a VTT (finská obdoba akademie věd). Cílem se synchronizovat a vést kvantový vývoj v zemi, pomoc se vzděláváním a obecná podpora kvantového ekosystému.