Kvantové počítače
Čas od času mám poznámky, že kvantový annealer (analogový kvantový počítač) od D-Wave zdaleka není tak zajímavý. Nyní se objevil preprint (tedy zatím bez recenzního řízení) článku, který právě rovnocenně srovnává kvantový annealer (QA) od D-Wave s digitálním (kvantově inspirovaným) annealerem (DA) od Fujitsu. Výsledek je takový, že QA je rychlejší a přesnější pro malé a jednoduché problémy. S tím, jak roste složitost optimalizovaného problému, tak QA ztrácí v neprospěch DA. Avšak v absolutních číslech DA i QA s rostoucí velikostí řešeného problému spíše nestačí a ztrácí v porovnání s čistě numerickými metodami běžícími na klasickém počítači. Poznámka na okraj, annealing v doslovném překladu znamená žíhání, avšak v tomto kontextu se to v češtině moc nepoužívá, proto používám anglický výraz.
V návaznosti na předchozí zprávu pokračujeme v tématu annealingu. Vědci z Tokyo University of Science představili svůj kvantově-inspirovaný digitální annealing procesor vhodný pro optimalizační úlohy. Ten realizovali skrze FPGA čip. Na annealing systémech simulujeme tzv. Ising model. To je model, který popisuje spinové chování atomů. Avšak ukázalo se, že pokud naši optimalizační úlohu přeformulujeme právě do Ising modelu, funguje dobře i pro kombinatorické optimalizace. Zde představený model reprezentuje 384 plně propojených spinů. V tomto smyslu roste kvantovým annealerům slušná konkurence. Na podobném zařízení pracuje i Fujitsu, viz výše.
Kvantově-inspirovaný procesor pro annealing z Tokyo University of Science
Tento týden společnost Quantinuum oznámila hned tři zajímavé dosažené milníky. Zaprvé: Pro nové kvantové procesory bude k dispozici kvantová brána umožňující rotaci o libovolný úhel na jednom nebo na dvou kvantově provázaných qubitech. To například umožní jen částečné kvantové provázání, což může být vhodně pro nějaké algoritmy. Dříve taková schopnost zahrnovala celou sérii kvantových operací. Teď bude stačit jen jedna brána. Zadruhé: Quantinuum se svým kvantovým procesorem H1–1 dosáhlo Quantum Volume (QV) hodnoty 8192. Více o metrice pro současné kvantové počítače Quantum Volume si můžete přečíst v našem článku. Této hodnoty bylo dosaženo právě díky výše zmíněné bráně a dále díky lepší redukci chyb. Zatřetí, poslední novinkou je oznámení o dosažení 500 tisíc stažení TKET. TKET je vývojový balíček pro kvantové počítače. Umožňuje optimalizovat algoritmy, redukovat potřebné zdroje a spouštět programy na kvantových počítačích. Jedná se o open source projekt.
Na Forbesu najdete přehledový článek o PsiQuantum. PsiQuantum pracuje na fotonickém kvantovém počítači s cílem mít jeden milion qubitů do roku 2030. Navíc má rekordně vysoké investice. Hodně zajímavá společnost ke sledování.
Výzkumníci z QuTech dosáhli dalšího významného úspěchu na poli spinových qubitů/qubitů z kvantových teček. Konkrétně dokázali vyrobit kvantový křemíkový procesor se šesti plně interoperabilními qubity. Navíc díky novému designu pro inicializaci a vyčítání qubitů a automatické kalibraci dokázali snížit chybovost. Dosud byl rekord tří spinových plně interoperabilních qubitů a přidání dalších vedlo ke značnému poklesu kvality.
A u spinových qubitů ještě zůstaneme. Na University of New South Wales zase vylepšili dobu koherence spinových qubitů (tedy čas, jak dlouho udrží kvantovou informaci) a dosáhli dvou milisekund, což je ve světě kvantových počítačů hodně. Dosáhli toho hlavně díky vhodnému řízení qubitů.
A tady najdete něco o historii prvního supravodivého qubitu.
Kvantový software a algoritmy
Během Quantum Week 2022 Intel oznámil a zpřístupnil své Quantum SDK. Quantum SDK je postavené na C++ (na rozdíl od dominantního Pythonu) a teoreticky může poskytnout lepší výkon. V současnosti Quantum SDK podporuje jen vlastní backend simulátor, ale v roadmapě je plánovaná podpora simulace různých typů qubitů včetně spinových a ještě v delším horizontu pak bude možné zvolit jako backend přímo spinový kvantový procesor (pravděpodobně od samotného Intelu). Beta verze Quantum SDK je přístupná skrze DevCloud od Intelu.
Quantum SDK od Intelu
Kvantové sítě a kryptografie
Další úspěšný test QKD na vzdálenost 75 kilometrů mezi německými městy Jena a Erfurt.
Projekty pro kvantovou distribuci klíče (QKD) i kvantově odolné šifrování (PQC) podporuje i NATO program Science for Peace and Security (SPS) Programme. Mezi podpořené aktivity SPS je i QKD síť realizovaná Technickou univerzitou v Ostravě.
V současnosti, pokud navrhujete nějaký nový systém, který zahrnuje i komunikaci, kterou je potřeba zabezpečit, měli byste už rovnou uvažovat o PQC. Podobně jako v projektu budoucí komunikace a Internetu na Měsíc a obecně v prostoru sluneční soustavy. Zvláště pokud se k zařízení pár let nedostanete…
Skupina sdružující telekomunikační operátory GSMA oznámila, že vytvořila novou skupinu Post-Quantum Telco Network Taskforce, která by telekomunikační sektor měla připravit na přechod na kvantově odolné šifrování. Hlavními vedoucími členy této aktivity jsou IBM a Vodafone.
Šest plně interoperabilních spinových qubitů (1–6) v křemíku vzdálených od sebe 90 nm. Červená, zelená a modrá barva reprezentují dráty, kde laděním napětí ovládáme qubity. SD1,2 pak představují velmi citlivé detektory elektrického pole, které jsou schopné detekovat i náboj jednotlivých elektronů.
Kvantový byznys, investice a granty
QuiX Quantum získalo kontrakt v hodnotě 14 milionů eur na vytvoření prototypu fotonického kvantového počítače pro German Aerospace Center (DLR – Německé středisko pro letectví a kosmonautiku). Tato dodávka bude zahrnovat 8– a 64qubitové univerzální čipy. QuiX zatím má neuniverzální fotonický čip pro tzv. boson sampling realizovaný pomocí programovatelných interferometrů s dvaceti módy (qubity).
USA rozšířilo restrikce vůči Rusku a Bělorusku i na kvantové počítače a vše kolem nich.
Ti z vás, kteří se zajímají i o geopolitické dění, si mohou přečíst následující sloupek o současném geopolitickém stavu a role kvantových technologií v něm.
