Tento týden toho přinesl poměrně dost. Určitě zmíním nové materiály pro supravodivé qubity nebo řízení uvězněných iontů pomocí magnetického pole místo laserů. Za zmínku také stojí pokrok s qutrity (jako qubit ale se třemi stavy místo dvou), spoustu novinky z oblasti kvantových algoritmů a software. Nakonec zajímavé čtení o přímě kvantovém přenosu dat či více dimenzní QKD.
Kvantové počítače
Čínská CITIC Bank se připojila do konsorcia vedeného Origin Quantum. Jedná se o obecnou podporu vývoje a využití kvantových počítačů.
V červnu jsme se zmínili, že v Číně zopakovali experiment Google ohledně kvantové nadvlády (quantum supremacy). Tehdá použili kvantový čip Zuchongzhi 2.0 s 56 qubity a hloubkou kvantových obvodů 20 (Google měl 53 qubitů a hloubku také 20). Stejná čínská skupina vylepšila svůj čip na Zuchongzhi 2.1 nyní již s plně funkčními 60 qubity a úspěšně zopakovali experiment do hloubky 24. N.B. hloubka kvantového obvodu je zjednodušeně řečeno počet kvantových operací neboli bran za sebou.
Vědci z National Institute of Information and Communications Technology (NICT) z Japonska představili první supravodivý qubit, který je na křemíkovém čipu, ale samotný supravodivý obvod je ze sloučenin nitridu (nyní se většinou používá hliník jako vodič). Konkrétně byla použita sloučenina nitrid niobu, která je supravodivá při 16 K pro elektrody a jako izolátor pak nitrid hlinitý. Důležitá je i forma výroby, při která nevznikají amorfní oxidy, které jsou častým zdrojem šumu pro supravodivý qubit. Kromě schopnosti práce při vyšší teplotě (stadardní supravodivý qubit musí být chlazen na miliKelviny), tak tento nový qubit ukazuje až 32 krát delší dobu koherence (řádově 16 milisekund). Pokud se tento výzkum dotáhne do praktické úrovně, může to být významný povzbuzení pro supravodivé kvantové čipy.
IonQ spouští druhou vlnu IonQ Research Credits Program v rámci kterého poskytuje vybraným jednotlivcům a institucím volné kredity pro výpočet na kvantových počítačích IonQ. Tato druhá vlna následuje tu první, která ukázala drtivou poptávku po takovém programu. V rámci programu, IonQ nabízí kredity v hodnotě až 10 000 USD. Konkrétní podmínky způsobilosti a samotnou přihlášku najdete zde.
Vědci z Berkeley Lab pracují na kvantových počítačích s nejen s qubity, ale i s qutrity. Qutrit na rozdíl od qubitu může být ve třech různých stavech včetně jejich superpozicích. S qutrity je nejen aritmetika složitější, algoritmy mnohem komplexnější ale například i určení chyb mnohem větší výzvou. Právě s metodou, jak tyto chyby charakterizovat přišli vědci z Berkeley Lab. Je to důležitý krok k tomu, abychom udělali tyto kvantové počítače praktičtějšími. Pro představu, u qubitu máme dva základní typy chyb, prohození stavu a změna znaménka fáze. Jednoduše si lze představit, že v případě tří stavů je tato problematika mnohem komplexnější. Obecně, kvantový počítač s qutrity může být slibný pro specifické algoritmy díky tomu, že obsáhnou více informací a mají i větší výpočetní schopnosti.
Vědci z University of Oregon přišli s novým způsobem, jak řídit qubity z uvězněných iontů, který značně zvyšuje fidelitu kvantových operací. Současné kvantové počítače mají fidelitu kolem 98 až 99%, to znamená že po 100 kvantových operací dostaneme odpad, neboť jednou či dvěma špatnými operacemi ze sta si zničíme kvantový stav. Cílem tedy je se dostat na řádově 99.999%, tedy jedna chyba každých 10 000 operací. K tomu se přiblížili vědci z Oregonu hlavně díky změně systémů řízení qubitů. Uvězněné ionty se většinou řídí laserovým systémem. V této práci vědce změnili laserový systém za řízení pomocí magnetických polí, které je ve skutečnosti i levnější.
Kvantové algoritmy a software
Dalším hráčem na poli kvantového software je čínský ByteDance (IT gigant, nejznámější aplikací je TikTok, částečně vlastněné státem), jehož zaměstnanci jsou autory nového článku (preprintu) ohledně simulací molekul na hybridních kvantových počítačích blízké budoucnosti.
Na Analytics Insight vydali žebříček TOP 10 knih o kvantových počítačích pro rok 2021.
Banka Goldman Sachs společně s QC Ware a IonQ demonstrovali kvantový algoritmus pro Monte Carlo výpočty pro finanční sektor na kvantových počítačích IonQ. Výsledky jsou velmi slibné zvláště s nejnovější generací kvantových počítačů od IonQ, které mají vysokou fidelitu a dlouhý koherenční čas. Pravděpodobně právě Monte Carlo simulace mohou být jedny z prvních reálně komerčních aplikací pro kvantové počítače a to poměrně již v blízké budoucnosti.
IonQ spolu s Fidelity Center for Applied Technology vydali publikaci, kde popisují, jak kvantové aplikace, konkrétně strojové učení pro finanční analýzy, mohou mít až exponenciální výhodu vůči klasickým protějškům. Taková typická finanční analýza z matematického pohledu má za úkol popsat vztahy mezi velkým množstvím proměnných, například chování akcií s ohledem na vnější vlivy, ale i mezi sebou. IonQ také navazuje spolupráci s GE (General Electric) ohledně výzkumu využití kvantových počítačů pro analýzu rizik.
Cambridge Quantum opět pokročilo se svými algoritmy pro chemické simulace. Nyní představilo inovovaný algoritmus pro výpočet periodických systémů (konkrétně to testovali na zkřiveném vodíkovém řetězci a železném krystalu). Kromě nového algoritmu na bázi VQE, vědci implementovali i novou techniku pro potlačení šumu.
Kvantová společnost Riverlane spolu s National Physical Laboratory vyvinuli open-source abstraktní hardwarovou vrstvu, které umožní přenést kvantový software na různý kvantový hardware. Platforma zatím podporuje 4 dominantní qubity (supravodivý, uvězněný ionty, fotonový a spinový-křemíkový). Platforma by měla umožnit softwarovým vývojářům připravit jejich algoritmy a software a pak jej spustit na různých kvantových čipech s maximálním výkonem a nemusejí se zabývat specifickými hardwarovými záležitostmi. Najdete jej na githubu.
Kvantová kryptografie a sítě
Pro kvantovou kryptografii, například QKD, se většinou používá foton a často jako nosič kvantové informace je využita polarizace fotonu, která může být vertikální, horizontální nebo lineární kombinace obou. Avšak to není jediná možnost, jak zakódovat kvantovou informaci. Další možností je pohyb fotonu rozdílnou cestou. Zjednodušeně si můžete představit polopropustné zrcadlo, která má šanci 50:50, že foton propustí nebo odrazí. Podobně vhodným krystalem z jednoho fotonu můžeme vytvořit dva kvantově provázané. Ještě dál zašli vědci z Vienna University of Technology, kde jejich kvantově provázané fotony mohou jít až osmi různými cestami. To zvyšuje dimenzi ze dvou (např. v případě polarizace) na osm. Experimentálně demonstrovali, že takovýto přístup umožňuje dosáhnout větších rychlostí, kdy stanovili nový rekord v generování kryptografického klíče (pomocí kvantového provázání, 2.5 bitů na jeden foton). Další výhodou je menší náchylnost na interference a tedy větší odolnost kvantového provázání. Nevýhodou je pak mnohem komplexnější zpracování dat kvůli vyšší dimenzi.
V Číně demonstrovali QSDC, tedy přímou kvantově zabezpečenou komunikaci. Naproti QKD, kde se kvantové spojení využívá jen pro přenos šifrovacích klíčů, tak u QSDC se přenáší informace přímo. Vědci využili kvantového provázání a vzdálenosti až 40 km po optických kabelech. Dosahovaná rychlost byla 1 kbps. A to v síti mezi 15 účastníky. Jen zlepšením detekční aparatury vědci očekávají zlepšení rychlosti až na 100 kbps. Právě rychlost bude největším omezením pro QSDC. QSDC se nebude hodit na přenos video-audio nebo telemetrických dat, ale spíše na velmi bezpečný přenos textových zpráv.
Konference
6.-7. října proběhne konference Qubits 21 pořádaná společností D-Wave. Přístup je zdarma. Očekávat lze hlavně novinky ohledně nejrůznějších use cases pro kvantový annealery od D-Wave
Byznys, investice, granty
Britské národní centrum pro kvantové počítače (NQCC) otevřelo své nové prostory, které zahrnují laboratoře a prostory pro výzkumníky a vědce. Později přijdou prostory i pro kvantový hub. NQCC je instituce, která dostala 93 milionů liber a jejím cílem je spojovat komerční, akademickou sféru s vládními organizacemi a poskytovat jim kvantové výpočetní prostředky.
Napsat komentář
Pro přidávání komentářů se musíte nejdříve přihlásit.