Další týden je za námi a byl poměrně bohatý na zajímavý novinky. Hlavně zmiňme významné pokroky v oblasti korekce kvantových chyb od Google i Honeywell, představení 100 qubitový stroj od Atom Computing a samozřejmě první pořádný přenos QKD v ČR!
Kvantová fyzika
Výzkumníci z Los Alamos National Laboratory za pomoci kvantového annealeru z D-Wave byli schopni izolovat a manipulovat s magnetickými monopóly. Tedy kvantovými kvazičásticemi, které mají jen jeden magnetický pól. Ty byly předpovězeny už hodně dávno, například i Paulem Diracem. Ty byly nakonec objevené (jako kvazičástice, ne elementární částice) v substanci zvané spinový led (spin ice), která je charakteristická tím, že nemá jen jeden stav s minimální energií. Z toho pak plyne spousta zajímavých vlastností. Kvantový annealer od D-Wave je primárně používán pro optimalizace, avšak v některých případech poslouží výborně i jako kvantový simulátor, kde výzkumníci simulovali právě spinový led. A pro co by to mohlo být zajímavé? Tak kromě základního výzkumu, tak například jako nosič binární informace by se mohl uplatnit ve spintronice.
Kvantové počítače
IBM v roce 2019 zpřístupnilo OpenPulse, tedy možnost pro vybrané výzkumníky na vybraných strojích ovládat kvantové počítače na úrovni mikrovlnných pulsů. To má tu výhodu, že pokročilý uživatel si tímto způsobem může vyrobit jiné kvantové brány a operace, které nejsou součástí základního setu poskytovaného IBM a Qiskit. Nyní IBM ohlásilo, že tato schopnost bude dostupná všem uživatelům a na všech jejich procesorech.
Nedávno jsme psali, že IBM i oznámilo službu zvanou Qiskit Runtime, která je schopná značně urychlit hybridní kvantové algoritmy (typicky na bázi variačních algoritmů apod.). Aby více zpropagovali tuto možnost, tak ve spolupráci s IEEE organizují hackathlon IEEE SERVICES Hackathon 2021.
Před nějakým časem jsme psali o čínském starupu SpinQ, který má ambice dodávat stolní kvantové počítače. A jedním z prvních evropských zákazníků je Oslo City University. V podstatě se jedná o vstup na evropský trh. Připomeňme, že dostupný produkt nese název Taurus a jedná se o dvou-qubitový kvantový počítač na bázi jaderná magnetické rezonance, tedy nepotřebuje chlazení. Výhoda systému Taurus je, že můžete ovládat kvantový procesor na nejnižší možné úrovni – to je vhodné zvláště pro vzdělávací účely.
Několik novinek nyní vychrlil startup Atom Computing. Ten nyní uzavřel investiční sérii A v hodnotě 15 milionů USD, má 30 zaměstnanců a ve velkém nabírá. Dále představili svůj kvantový počítač Phoenix na bázi chladných atomů se 100 qubity. Co víme je, že pro realizaci qubitu používají spin jádra atomů stroncia. Atomy stroncia jsou uvězněné, umístěné a manipulované pomocí laseru. Doba koherence jsou stovky a až tisíce milisekund, což je docela dlouhá doba koherence. V Atom Computing věří, že jejich řešení je poměrně jednoduše škálovatelný. Avšak více informací nemáme, jaké je fidelita, jak jednoduše lze provázat všechny qubity apod. Ale snad brzo se dozvíme více. Prototyp Phoenix je zatím testován jen u nich v laboratoři, ale již probíhají námluvy s prvními zákazníky.
Kvantový software a algoritmy
V minulých novinkách jsme psali o Googlu a jeho experimentování s kvantově korekčními kódy. Pokud vás zajímá více detailů, ale nechcete číst přímo vědecký článek, podívejte se sem. Je zde pár zajímavostí, jako například, že s malým počtem fyzických qubitů v logickém qubitu lze opravit jen jeden typ chyby (obvykle jsou uvažovány dva typy označované jako bit flip a phase flip, kde první prohodí 0 a 1 a druhý změní znamínko). A onoho exponenciálního potlačení chyby se dosáhne, pokud se kód zaměří právě jen na jeden typ chyby (je to vlastně v důsledku Heisenbergova principu neurčitosti). Práce ukazuje obrovský skok – hlavně praktický, ne jen na papíře – v korekci kvantových chyb. Zároveň ukazuje, že ještě hodně práce je před námi.
A s korekčními algoritmy velký pokrok udělali i v Honeywell, kdy vytvořili logický qubit z 10 fyzických qubitů a byli schopni opakovaně opravit oba dva typy kvantových chyb jednotlivých qubitů. Tento experiment nastavil základní design pro tvorbu logických qubitů, který se pak uplatní pro budoucí kvantové procesory. Jedná se tedy o kombinaci softwarových, algoritmických a hardwarových úprav. Obecně se čeká, že pro kvantové počítače na bázi uvězněných iontů bude potřeba méně fyzických qubitů na logický qubit. Na druhou stranu, vůči např. supravodivým jsou uvězněné ionty mnohem pomalejší. Jinak se zatím bavíme o korekci chyb jednotlivých qubitů. Dalším zdrojem chyb jsou dvou qubitové operace nebo i samotné měření qubitů. Nicméně i tak jde o obrovský pokrok.
Xanadu dostalo grant od agentury DARPA na kvantový kompilátor pro NISQ kvantové počítače (tedy nedokonalé současné kvantové počítače s vysokou chybovostí). Mělo by se jednat o univerzální kompilátor, který vezme libovolný kvantový obvod a rozdělí ho na více obvodů spočítané s pomocí hybridního přístupu. Takovéto rozsekání složitějších obvodů by mělo usnadnit jejich běh právě na současných nebo kvantových počítačích v blízké budoucnosti.
IBM přišlo s matematickým důkazem, že kvantové strojové učení může vyřešit úlohy, které jsou už příliš složité pro klasické strojové učení. Konkrétně to bylo dokázáno pro kvantový kernel a jeho využití v jistých úlohách klasifikace. Jinak většina kvantových algoritmů pro strojové učení má spíše heuristický charakter, kde takový matematický důkaz nelze poskytnout.
Cambridge Quantum předvedl nový algoritmus vhodný zvláště pro optimalizační úlohy zvaný Filtering Variational Quantum Eigensolver (F-VQE). Na kvantovém počítači H1 od Honeywell ukázali, že tento nový efektivnější algoritmus 10-100 krát předčí standardní kvantový VQE nebo QAOA. Článek je k dispozici na arxiv.
Jak by se mohly kvantové počítače uplatnit ve zdravotnictví? Tak třeba studium genomů, patogenů, virů, optimalizace v klinickém testování, ale i fungování administrativy, optimalizace rozvrhů a obecně optimalizace péče o pacienta. Otázka pak je, zda je důležitý význam optimalizace pomocí právě kvantového počítače, nebo fakt, že se zdravotnictví vůbec zajímá o optimalizace a leckde i primitivní klasická optimalizace by mohlo výrazně pomoci.
Kvantové sítě a kryptografie
Tak už i v ČR se začínají objevovat zajímavé zprávy. V červenci konsorcium e-INFRA CZ (CESNET, VŠB a IT4Innovation) ve spolupráci s kolegy s Polska realizovali QKD přenos z Ostravy do polského Těšína (75 km) s chybovostí jenom 2,19%. Realizace proběhla v rámci většího evropského projektu OpenQKD. Jak vidno z obrázku níže, pro realizaci použili systém Cerberis 3 od ID Quantique.
Investice, byznys a granty
EU a Kanada se dohodli na společné grantové výzvě na výzkum v oblasti kvantových počítačů v hodnotě 8 milionů EUR. Hlásit by se měli EU-kanadská konsorcia výzkumných institucí a univerzit. Toto je dobrá zpráva, že program Horizon nebude uzavřen jen v EU, ale bude spolupracovat i venku. Zrovna Kanada v této oblasti docela dobře a systematicky šlape na plyn.
Minulý rok v Chicagu vnikl akcelerátor pro kvantový startupy Duality. Ten pro první kolo přijal šest startupů. Každý dostane 50 tisíc USD jako počáteční investici a 12 měsíční trénink. Vybrané startupy se zaměřují na generátory náhodných čísel, výroba součástek pro fotoniku, cloudový software pro kvantové počítače, software pro simulace nebo full-stack kvantový software. Vybranými jsou Axion Technologies, Great Lakes Crystal Technologies, qBraid, QuantCAD, Quantopticon a Super.tech.
Inspirace pro naše politiky, aktualizovaný přehled národních kvantových iniciativ ve světě od QURECA.
Napsat komentář
Pro přidávání komentářů se musíte nejdříve přihlásit.