Tento týden přinesl poměrně dost novinek: Rigetti jde na burzu, Microsoft podporuje Qiskit a Cirq, práce na logických qubitech, nové kvantové sítě ale hlavně proběhla konference Qubit 2021, kde D-Wave představila hafo novinek a to i velmi významných!

Obrázek týdne: D-Wave se kromě kvantových annealerů pustil i do univerzálních kvantových počítačů (gate model). Kredit: D-Wave

Kvantové počítače

SpinQ oznámil novou generaci svých stolních kvantových počítačů s qubity na bázi magnetické rezonance (NMR). Ta se nazývá „Triangulum“ a obsahuje 3 qubity. Navíc si jej můžete připojit do svého cloudu a počítat vzdáleně.

Tým University of Maryland a Duke University publikovali v Nature článek, kde demonstrují logický qubit na qubitech z uvězněných iontů, kde se zda jsou korekční mechanismy obzvláště efektivní. Konkrétně vytvořený qubit dokázal udržet spolehlivost na 99.4% a to se na něj aplikovalo šest kvantových operací každá s efektivitou 98.9%. To znamená, že by takový qubit po šesti operacích měl mít spolehlivost jen 93.6%, kdyby tam nebyl opravný mechanismus. Jedná se o první demonstraci logického qubitu, který má lepší stabilitu, než jednotlivé části, které na něj působí. Pro logický qubit bylo použito až 32 fyzických qubitů

Společnost D-Wave tento týden pořádala svou konferenci Qubit 2021 a bylo to velmi výživný se spoustu novinkami:

  • D-Wave představil svou roadmapu pro další vývoj.
  • D-Wave pracuje primárně na svém kvantovém annealeru, který pracuje jinak, než kvantový počítač (gate model). A D-Wave v tom bude i pokračovat, neboť během roku vyšly vědecké práce, které matematicky dokazují, že na optimalizační úlohy je kvantový annealer lepší, než univerzální kvantový počítač.
  • Před rokem, D-Wave spustil svůj systém Advantage, který má 5000+ qubitů, kde každý je spojený s 15 dalšími qubity. Navíc v kombinaci s hybridním systémem je schopný řešit úlohy až o 10 000 proměnných. V době oznámení spustili i upgradovanou verzi. Počet qubitů a propojení zůstal stejný. Nicméně samotný čip je nový. Nový systém dokáže řešit větší problémy a v 70% případů dává lepší výsledek než předchozí generace. Nová verze je dostupná už i přes Amazon AWS.
  • Hybridní řešení je poháněno frameworkem, který je napsaný na míru právě kvantově-klasickému hybridnímu využití. D-Wave nyní uvolnil nový software pro hybridní výpočty na jejich cloudu Leap. Přínos nového software Constrained quadratic model (CQM) je hlavně v jednodušším zadání řešeného problému. To by mělo zpřístupnit software většímu množství zákazníků a tím i více problémům k řešení. Připomínám, že stále mluvím jen o problémech týkajících se optimalizace.
  • Zároveň D-Wave oznámil, že pracuje na novém systému Advantage 2 (bez konkrétního data vydání), který by měl disponovat 7000+ qubity a každý by měl být propojený s dalšími 20 qubity díky nové topologii. Qubity by měli mít delší koherenci a D-Wave využije multivrstvovou metodu.
  • A teď jedna „pecka“. D-Wave si je vědom, že kvantový annealer není vhodný pro všechny problémy. Například pro řešení diferenciálních rovnic nebo v kvantové chemii (zatímco annealer je dobrý pro zkoušení různých parametrů pro VQE pro chemické simulace, už však ne pro reprezentaci samotného chemického systému). Proto D-Wave oznámil, že pracuje i na univerzálním kvantovém počítači. Ten, podobně jako kvantový annealer bude založen na supravodivé technologii, ale qubit bude jiný. IBM, Google a další také používají supravodivou technologii a qubit je reprezentován pomocí Transmonu – kvantové kvazičástici. Zde, D-Wave jde jinou cestou a qubit bude tzv. flux-based qubit. Jedná se o chování proudu v uzavřeném supravodivém obvodu s dvěma Josepsonovými můstky. D-Wave chce rovnou přijít s řešením, která navíc nabídne logické qubity, tedy kombinaci fyzických qubitů a opravných kódů a protokolů.

D-Wave tímto může dosáhnout významné konkurenční výhody, zvláště, pokud půjde s výzkumem rychle. D-Wave v oblasti supravodivých technologií má desítky let zkušeností a to se může promítnout. Dost se o tom nyní píše, např. i na ZDNet, či QCR.

IBM na jednom ze svých nejnovějších čipů (Falcon r10, 27 qubitů) dosáhlo fidelity 99.91% pro dvou qubitovou bránu CNOT. To je poměrně zásadní vylepšení!

Kvantový software a algoritmy

Origin Quantum vydal novou verzi své knihovny ChemiQ 2.1.0 pro chemické simulace.

Výzkumníci ze Zapata Computing, softwarové kvantové společnosti, publikovali článek, který pravděpodobně povede ještě k dřívějšímu využití kvantových počítačů pro chemické simulace již ještě na nedokonalých kvantových počítačích v následujících 5 až 10 letech. Jejich nový algoritmus konkrétně vylepšuje určení vlastností základního stavu (molekul).

A u Zapaty ještě zůstaneme. Ti oznámili spolupráci s University of Hull na studiu možného využití kvantových počítačů pro výzkum vesmíru, konkrétně hledání signálů mimozemského života.

Jak by kvantové počítače mohly pomoci v automobilovém průmyslu? Pěkné zamyšlení najdete tady.

Cloudová služba Azure Quantum od Microsoft přidala podporu i pro Qiskit a Cirq. Zatím byl podporován je Q# od samotného Microsoft. Tohle může ještě více podpořit cloudové služby od Microsoftu.

Kvantová kryptografie a sítě

Další zemí, která aktivně testuje QKD je i Lotyšsko.

BT (British Telecom) a Toshiba oznámili plán postavit městskou kvantovou síť v londýnském metru. Bude se jednat o optickou síť kombinující klasickou a kvantovou. Tím pádem, BT nabídne pokročilé zabezpečení s pomocí QKD i kvantově-odolného šifrování. Toshiba je jednou z mála společností, která má s tímto zkušenosti a postavila již jinou první komerční QKD síť v Anglii.

V Oak Ridge National Laboratory staví lokální kvantovou síť (QLAN), která podporuje i kvantové provázání. K realizaci použili stávající standardní optickou sít – což je největší příspěvek této práce. Tím pádem, aby neztratili kvantové provázání, tak fotony nemohou jít skrze zesilovače nebo routery. Pro jejich směrování byly využity optické přepínače (switch) které přepínají na základě vlno délky/frekvence příchozího signálu. Tedy různé vlnové délky pošle na různý výstup.

V rámci OPENQKD projektu, společnosti Telefonica, Fortined a ID Quantique otestovali další hlubší integraci QKD do reality. Konkrétně zabezpečili VPN spojení od Fortined pomocí QKD od ID Quantique a to na vzdálenost 20 km.

Byznys, investice, granty

Fujitsu a Osaka University spolu vytvořili divizi jejíž cílem je vyvinout kvantový počítač s logickými qubity. Teda konkrétně jde o vývoj software pro logické qubity pro kvantové počítače s tisíci qubity.

Projekt Munich Quantum Valley dostane dalších 83.3 milionů EUR od Bavorské vlády. Jedná se projekt, který zahrnuje širokou škálu výzkumných a akademických institucí a cílem pomoc vytvořit kvantový ekosystém v oblasti Mnichova.

Kvantové počítače a technologie mají v USA již významné místo. To dokládá i konference na toto téma organizovaná v Bílém domě. Pozvaní jsou hlavně zástupci různých firem a hlavní téma budou praktické aplikace kvantových technologií.

Na The Qubit Report najdete pěknou přehlednou tabulku o investicích do kvantových společností za září 20201.

Rigetti je další čistě kvantová společnost, která jde na burzu NYSE skrze SPARC.