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

Obrázek týdne: qubit z uměle upravených molekul.

Kvantová informatika a fyzika

Většina qubitů jsou definována nějakou částicí nebo kvazičásticí a je už jen na nás se je naučit ovládat. Avšak, co kdybychom si takový qubit postavili sami tak, aby celé jeho ovládání bylo pro nás jednodušší. Takovýto přístup zdola-nahoru (bottom-up) zvolili na Northwestern University a University of Chicago. Na pomoc si vzali molekuly, kde jejich spinový stav reprezentuje kvantovou informaci. Následně jej můžeme ovládat laserovými pulsy. Avšak tyto molekuly jsou vyrobené synteticky. To umožňuje vyměnit některé atomy, což mění optické a magnetické vlastnosti a to nám může pomoci k lepšímu ovládání. Navíc se ukazuje, že takové molekuly mohou fungovat jako detektory například toxických látek v těle. Technologie je ve stádiu proof-of-concept a byla demonstrována řízená superpozice 0 a 1.

Kvantové počítače

Rigetti přišlo s rozšířením svého API Quil o možnost ovládat supravodivé qubity na úrovni pulsů uživateli – Quil-T. To proč je tento přístup dobrý a s kterým začalo již IBM je to, že uživatelé mohou přijít s lepší implementací a třeba zvýšit fidelitu, efektivitu apod. než je nativní pulsové ovládání určené výrobcem.

IBM pracuje na lepším propojení klasických a kvantových počítačů. Spousta algoritmů, jako je QAOA a VQE jsou hybdriní algoritmy, kde klasické algoritmy v rámci své subrutiny volají několikrát kvantovou část. A pro některé algoritmy či implementaci kvantové IF rozhodovací větve bychom potřebovali, aby klasický počítač o něčem rozhodl během doby koherence. Za tímto účelem IBM pracuje na lepším software a hardware. Součástí této snahy je i návrh rozšíření OpenQASM, něco jako kvantový assembler, na verzi OpenQASM3, umožňující pracovat s dynamickými kvantovými obvody.

Nový „mrazák“ pro větší kvantové procesory od IBM.

Již jsme psali, že IBM chce pořádně růst s počtem qubitů následující roky. To ale znamená, že to bude více kabelů, více řídící elektroniky atd. Tedy budou potřebovat větší „mrazák“. Nový mrazák bude vysoký 3 metry a bude mít 1.8 metrů v průměru s chladící teplotou nastavenou na klasických supravodivých 15 milikelvinů. Tento nový kryogenický systém se bude nazývat dle bodovky Goldeneye (zlaté oko). tento mrazák by mohl stačit i pro kvantový počítač s až jedním milionem qubitů.

Top 5 kvantových trendů pro 2021 od QuantumXchnage:
1) Boj o nejrůznější prvenství pro kvantové počítače bude sílit;
2) Konsolidace kvantových hardwarových firem;
3) Investice a hype kvantových technologií a kvantových počítačů zvláště budou pokračovat;
4) Porostou investice v akademické sféře za účelem výchovy nových talentů;
5) Kvantová kryptografie bude potenciálně hrát důležitou roli pro 5G.

Vědci z Chalmers University of Technology ze Švédska demonstrovali, využití kvantového počítače k řešení reálného problému. Tím reálným problémem bylo nalezení optimálního rozvržení letadel k jednotlivým trasám. K tomu použili metodu QAOA. Nicméně zatím je to jen demonstrace, že kvantový počítač může řešit reálný problém. Ne však, že by jej vyřešil rychleji. Alespoň zatím.

QHealth je konsorcium firem a akademických institucí ze Španělska (aQuantum, INUBE, či University of Castilla La Mancha) získalo grant na studium vlivu medikamentů na starší populaci a to i za pomoci kvantových počítačů. Cílem je omezit chyby a optimalizace v předepisování léků na základě různých faktorů jako jsou fyziologické, genetické, atp.

IonQ spolu s QC Ware demonstrovali nahrání klasických dat do kvantového počítače s potlačením vlivu šumu. To bude mít vliv na kvantové strojové učení, kde jedním z úzkých hrdel je co nejefektivněji a bezztrátově nahrát klasická data na kvantový počítač.

IBM a banka Goldman Sachs se spojili a publikovali článek, v rámci kterého detailně spočítali, jaké budou nároky na kvantový počítač na použití pro určení ceny na derivátních trzích tak, aby jsem dosáhly kvantové výhody nad klasickými počítači.

Kvantové sítě a kryptografie

V rámci EU se již nějaký čas pracuje na OpenQKD, což je evropská iniciativa pro vývoj, osvětu a spolupráci na QKD. V rámci tohoto projektu proběhla i jedna ukázka QKD ve spolupráci Medical University Graz, fragmentiX a IDQuantique jež má za cíl demonstrovat vhodnost použití QKD pro citlivá lékařská data. Do budoucna se obecně očekává, že např. naše DNA bude digitalizována a cestovat internetem. K tomu je potřeba hodně dobré zabezpečení.

Výzkumníci v USA ukázali kvantovou teleportaci na vzdálenost 44 km. To jinak znamená, vytvoření kvantově provázaných fotonů a jejich přenos na 44 km s fidelitou (spolehlivostí) větší než 90%. Obecně, pojem kvantové teleportace odkazuje k okamžitému (proto teleportace) poslání qubitu skrze kvantově provázané systémy, nejčastěji fotony (které se rozdistribuují před vlastní teleportací).

Quantum Xchange ozámilo Phio Trusted Xchange Cloud, cloudovou službu pro distribuci veřejných klíčů s kvantově odolným šifrováním.

China Telecom hlásí dosažení kvantové telefonní nadvkády, tedy kvantové telefony. Zatím se jedná o dva modely vyvinuté ve spolupráci s Huawei a ZTE umožňující údajně nehacknutelné telefonování. Ve skutečnosti se jedná o upgrade již existujících modelů daných společností, které mají čipy pro kvantovou kryptografii. Nicméně se pravděpodobně jedná jenom o kvantově odolné šifrování. Nic skutečně kvantového…

Kvantové technologie

Návrh kvantového gravimetru v malém satelitu od IonQ.

IonQ je jednou z pěti oceněných společností v rámci soutěže NASA Entrepreneur’s Challenge. Cílem soutěže bylo přijít s novými nápady a myšlenkami na nové technologie a nástroje, které pomohou při vědeckých výzkumech NASA. IonQ zvítězilo se svým návrhem nízkoenergetického gravitačního senzoru na bázi chlazených atomů umístěných na malém satelitu. Taková gravitační měření mohou pomoci s monitorováním zdrojů na planetě, například vody nebo pomoci určit následky katastrof jako je zemětřesení, tsunami skrze změny velkého množství masy.

Kvantový byznys a investice

Výzkumná laboratoř amerického letectva v rámci své iniciativy Virtual Quantum Collider 2.0 rozdala 35 milionů dolarů 15 firem. Jedná se o oblasti kvantových hodin, kvantového snímání, kvantových počítačů a kvantové komunikace. Mezi společnostmi, které dosáhly na peníze na několik projektů jsou AOSense, Stable Laser Systems, Qubitekk, Freedom Photonics, Rigetti a další.