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

Kvantová fyzika a informatika

Výzkumníci z Louisiana State University aplikovali strojové učení s prvky neuronové sítě na opravu prostorových modů fotonů. Prostorové módy (např. amplituda, fáze) fotonu je jedna z nejčastějších cest, jak do fotonu zakódovat kvantovou informaci (jiná možnost je např. pomocí polarizace). Problém je, že jak se foton propaguje prostředím – v atmosféře nebo v optickém kabelu – tak se prostorové módy mohou rozhodit. Zatím používané metody byly založené na adaptivní optice k opravě těchto nepřesností. Strojové učení dává nové možnosti a potenciálně zjednodušuje a rozšiřuje budoucí nasazení kvantových sítí.

Výzkumníci ze Švédska z Chalmers University of Technology přišli s novým kvantovým teploměrem. Ten by měl umožnit zpřesnit výpočty na kvantových počítačích. Například, supravodivé kvantové procesory musejí být chlazeny na úroveň mikro Kelvinů. Ale ne jen samotný čip, ale také koaxiální kabely pomocí kterých je čip ovládán a vyčítán. Zde je důležité, aby kabely byly také chlazené, jinak by kvůli šumu v důsledků tepelných fluktuací mohly generovat signály, které povedou k chybě. Dosud se teplota měřila nepřímo a se zpožděním. Nový objev slibuje přímé a okamžité změření. Samotný teploměr je ve formě supravodivého obvodu na konci koaxiálního kabelu a má bezprecedentní přesnost.

Kvantové počítače

Qiskit oficiálně vydalo nový modul nazvaný Qiskit Metal. Jedná se o open-source nástroj pro návrh a vývoj supravodivých kvantových počítačů. Qiskit Metal celý vývoj zjednodušuje a automatizuje. Qiskit Metal umožňuje pro vývoj použít již vestavěné komponenty nebo přidat vlastní k jakým má daný vývojář přístup. Celý proces začíná definováním vlastního Hamiltoniánu, kterého bychom chtěli dosáhnout. Dalším krokem je pak první návrh čipu. Qiskit Metal pak provede analýzu elektromagnetických a kvantových vlastností a výsledek porovná s Hamiltoniánem, kterého chceme dosáhnout. Začít s vlastním návrhem můžete tady.

Quantum Brilliance nainstalovat svůj kvantový počítač s qubity na bázi NV center do Pawsey Supercomputing Centre v Australii na výzkumné účely. Instalovaný prototyp má dva qubity. Ale za to může pracovat při pokojové teplotě. Quantum Brilliance má v plánu do pěti let přijít s procesorem s 50+ qubity.

Vědci z NIST přišli se způsobem, jak by šlo ovládat supravodivé qubity pomocí optických kabelů a demonstrovali to experimentálně. Jak jsme dnes psali výše, supravodivé qubity pracují při nízkých teplotách na úrovni desítek mili Kelvinů. Chladit se musí ale i koaxiální kabely, což je potenciální zdroj šumu. Navíc mikrovlnný signál v koaxiálních kabelech generuje teplo sám o sobě. Vědci v NIST v podstatě použili optické kabely a na konci použili opticko-mikrovlnný konvektor. Výhoda je, že optické kabely se nezahřívají a teoreticky mohou nabídnout větší konektivitu. A to bude potřeba, neboť pro praktické výpočty budeme potřebovat klidně až milion fyzických qubitů. I s ohledem na možnosti multiplexu to stále znamená deseti a možná statisíce koaxiálních kabelů.

Vědci z Delft University of Technology udělali velký pokrok ve spinových qubitech. Dosud většina spinových qubitů využívajících kvantových teček se zmohla na maximálně dva qubity. Zde vědci přišli se zcela jiným návrhem, který poprvé umožnil realizovat více než dva qubity, konkrétně čtyři. Navíc ve formě 2D mřížky, tedy 2×2. Zároveň na takovém kvantovém procesoru demonstrovali dokonce lépe fungující ovládání qubitů i 4-qubitové operace. Navíc, takovéto kvantové procesory by šlo vyrábět pomocí současných technologiích používaných pro výrobu klasických CPU.

V Číně na University of Science and Technology in Hefei ukázali potenciál qubitů z molekul. Jedná z hlavních vlastností je koherenční doba až 1 milisekundu. To je dostatečně dlouhá doba pro aplikaci až 145 000 kvantových logických operací.

Technology Innovation Institute ve Spojených Arabských Emirátech oznámilo nové centrum pro kvantový výzkum. Jedním z cílů centra je do konce léta představit první primitivní prototyp na bázi supravodivých qubitů.

Kvantové sítě a kryptografie

Jedním z kandidátů na kvantově-odolné šifrování je FHE (Fully Homomorphic Encryption) a na toto téma má projekt i DARPA. FHE umožňuje práci se šifrovanými dany aniž by se musela rozšifrovat. Na druhou stranu je potřeba na to vyvinou přímo určené čipy. To je i cílem projektu od DARPA, neboť použití FHE na procesorech vyžaduje hodně výkonu a je pomalé, tedy zatím je to nepraktické.

Samsung již představil svůj druhý „kvantový“ telefon Galaxy A Quantum 2. To, co je na tom telefonu kvantového je kvantový generátor náhodných čísel pro silnější šifrování. QRNG čip je vyvinut ve spolupráci s SK Telecom a IDQuantique.

Výzkumníci z Max Planck Institute představili detektor fotonů s kvantovou informací, aniž by zničili kvantovou informaci. Problém je, že šance, že foton je pohlcen a ztracen v optickém kabelu roste se vzdáleností. To znamená, že např. na 100 km musíme poslat tu stejnou kvantovou informaci několikrát, dokud nedojde až na druhou stranu. To může vést k větší časové náročnosti. Představený detektor může být třeba v půlce trasy a jednoduše řekne, jestli tam ten foton s kvantovou informací je a pokud není, tak dá informaci vysílající straně, aby poslala kvantovou informaci znova. Důležité je, že během této detekce se neměří kvantová informace, která tak zůstane zachována. Výzkumníci ukázali, že takový přístup se vyplatí již od 14 km a více.

Ostatní

Pokud za zhruba 20 let možná i dříve budeme mít už výkonné kvantové počítače, tak i když se hodí na omezený typ úloh v porovnání s klasickým počítačem, tak stejně budou znamenat revoluci. To znamená požadavky na větší využití a aplikace. To také bude znamenat nové mozky, které mají i kvantové znalosti. Vychovat experta, který rozumí kvantovým „věcem“ chvíli trvá. Proto by se současné vzdělávání mělo na to již připravit a více se tomu věnovat. Pěkně to shrnují na Fair Observer, aneb Kvantový věk bude potřebovat kvantovou generaci.