Kvantové počítače
Výzkumníci ze společnosti Quantinuum předvedli kvantové výpočty s desítkami logických qubitů chráněných proti chybám na iontovém kvantovém procesoru Helios. V experimentu použili kódování s detekcí a korekcí chyb, díky němuž vytvořili až 94 logických qubitů (s detekcí chyb) a 48 logických qubitů s plnou korekcí chyb, přičemž některé testy ukázaly, že zakódované operace jsou spolehlivější než operace na nechráněných fyzických qubitech. Měřená chybovost logických bran byla přibližně jedna chyba na deset tisíc operací, tedy výrazně nižší než u samotného hardwaru. Tým na těchto logických qubitech provedl také benchmarky, například vytvoření velkých provázaných stavů a simulaci kvantového magnetismu, což ukazuje, že ochrana pomocí kódů může umožnit provádět větší a stabilnější kvantové výpočty než dosud.
Společnost IBM publikovala referenční architekturu pro takzvaný quantum-centric supercomputing, tedy model výpočetní infrastruktury, ve které kvantové procesory fungují jako specializované akcelerátory uvnitř klasických superpočítačů. Architektura popisuje, jak propojit kvantové procesory (QPUs) s klasickými výpočetními uzly založenými na CPU a GPU prostřednictvím společného middleware a plánování úloh, aby bylo možné spouštět hybridní kvantově-klasické algoritmy bez manuálního přesouvání dat mezi systémy. Kvantový hardware v tomto modelu řeší výpočetně nejnáročnější části problémů, například simulace kvantových systémů v chemii či materiálovém výzkumu, zatímco klasické HPC uzly zpracovávají rozsáhlé numerické výpočty a orchestrují běh algoritmu. Referenční architektura zároveň popisuje postupný vývoj těchto systémů — od dnešního modelu, kde je kvantový procesor pouze připojeným akcelerátorem, až po budoucí plně integrované heterogenní superpočítače, v nichž budou kvantové a klasické výpočetní zdroje navrženy společně.
Architektura quantum-centric supercomputing
Finská společnost IQM Quantum Computers nasadila na Aalto University nový 20qubitový supravodivý kvantový počítač označený Aalto Q20. Systém je instalován přímo na univerzitě (on-premise), takže jej mohou výzkumníci a studenti používat pro experimenty a vývoj kvantových algoritmů bez nutnosti přístupu přes externí cloud. Jde o čtvrtý kvantový počítač společnosti IQM nasazený ve finském výzkumném ekosystému, což má posílit lokální vývoj kvantového inženýrství i praktických aplikací. IQM dodala kvantový počítač také do Ostravy.
Nizozemská firma QphoX uvedla na trh kvantový transduktor, zařízení které převádí kvantové informace mezi mikrovlnnými signály používanými supravodivými qubity a optickými fotony v telekomunikačních vláknech. Převod probíhá s vysokou fidelitou, takže kvantový stav vytvořený v procesoru může být převeden do optického signálu a přenesen běžnou optickou sítí na velké vzdálenosti, kde jej může přijmout jiný kvantový uzel. Transduktor tak funguje jako „překladač“ mezi kvantovým hardwarem a telekomunikační infrastrukturou a umožňuje propojit kvantové procesory, paměti nebo senzory do distribuovaných kvantových sítí. Prvním partnerem, který technologii testuje, je IBM, jež ji plánuje využít ve svých experimentálních zařízeních Quantum Networking Unit pro výzkum modulárních a vzdáleně propojených kvantových počítačů.
Společnost Maybell Quantum představila platformu ColdCloud, novou architekturu kryogenní infrastruktury pro kvantové počítače, která odděluje zdroj chlazení od samotných kvantových procesorů. Na rozdíl od klasických dilučních kryostatů, kde je celý systém v jedné „lednici“, ColdCloud centralizuje hlavní chladicí jednotku a rozvádí ultranízké teploty do samostatných modulárních uzlů, ve kterých mohou být jednotlivé kvantové procesory. Tento distribuovaný přístup umožňuje zkrátit dobu ochlazení systému z dnů na hodiny a podle firmy zároveň zvyšuje energetickou účinnost více než desetinásobně oproti tradičním řešením. Architektura využívá vlastní Maybell-cycle kryogenní proces, který má dosahovat účinnosti srovnatelné s průmyslovými systémy pro zkapalňování plynů a je navržen tak, aby bylo možné kvantové procesory instalovat spíše jako modulární infrastrukturu v datových centrech, nikoli jen jako izolované laboratorní experimenty.
Vizualizace distribuovaného kryogenního chlazení
Kvantový software a algoritmy
Výzkumníci z Microsoftu publikovali v IEEE Spectrum esej, ve které navrhují hybridní přístup ke kvantové chemii: místo přímého řešení chemických problémů na kvantových počítačích by se tyto stroje využívaly k generování vysoce přesných dat o chování elektronů v molekulách, která by následně sloužila k trénování AI modelů běžících na klasických počítačích. Koncept staví na hierarchii výpočetních metod známé jako „Jacobův žebřík“ (Jacob’s Ladder), kde vyšší příčky odpovídají přesnějším, ale výpočetně náročnějším simulacím — kvantově generovaná data by umožnila AI modelu dosáhnout přesnosti horních příček bez odpovídajících výpočetních nákladů. Jako ilustraci praktického dopadu autoři zmiňují spolupráci Microsoft a Pacific Northwest National Laboratory, kde AI prošla 32 milionů kandidátních materiálů pro bateriové elektrolyty a během týdne zúžila výběr na přibližně 800 slibných látek, z nichž jedna — sodíkový solid-state elektrolyt snižující potřebu lithia — byla úspěšně syntetizována.
RIKEN a IBM předvedly hybridní kvantově-klasický výpočet, při kterém propojili japonský pre-exascalový superpočítač Fugaku (158 976 uzlů, přes 7,6 milionu jader) s on-premise kvantovým procesorem IBM Quantum Heron v uzavřené smyčce, kde si oba systémy průběžně vyměňovaly data. Pomocí algoritmu Sample-based Quantum Diagonalization (SQD) simulovali železo-sirný molekulární komplex [Fe₂S₂(SH)₄]²⁻, kde procesor Heron vzorkoval konfigurační prostor elektronů a identifikoval relevantní kvantové stavy, zatímco Fugaku prováděl diagonalizaci a finální výpočet. Podle autorů výsledek překonal přesností předchozí kvantové pokusy a dosáhl srovnatelné úrovně s nejpokročilejšími klasickými aproximačními metodami, což prezentují jako dosud největší a nejpřesnější chemickou simulaci provedenou na kvantovém počítači.
Kvantová bezpečnost
Na Defence One si můžete přečíst pěkný science fiction příspěvek popisující, jak QKD by mohlo být v budoucnu použito. Za mě je to excelentní kousek. Tím spíše, že v QuDef jsme dělali analýzu, jak by potenciální nepřátelé mohli takovou technologii využít a jaké výhody získat časem. Doporučuji si to přečíst.
ZeroRISC ve spolupráci s Max Planck Institute for Security and Privacy a Academia Sinica vydali open source hardwarově-softwarový stack pro postkvantovou kryptografii (PQC). Řešení kombinuje embedded knihovnu Cryptolib s programovatelným kryptografickým koprocesorem (ACC) postaveným na architektuře RISC-V s rozšířenými vektorovými instrukcemi. Stack implementuje všechny tři NIST standardizované post-kvantové algoritmy: ML-KEM (lattice-based zapouzdření klíčů), ML-DSA (lattice-based digitální podpisy) a SLH-DSA (hash-based podpisy), spolu s klasickými primitivy jako AES, SHA2/3, RSA a eliptické křivky. Specializovaný hardware přináší šesti- až devítinásobné zrychlení lattice-based algoritmů oproti čistě softwarové implementaci, zvýšení maximální operační frekvence o 36 až 75 % a u ML-DSA snížení spotřeby paměti na stacku o 90 % při současném zkrácení počtu cyklů na polovinu. Modulární architektura umožňuje výrobcům čipů parametrizovat RTL a zahrnout jen ty PQC rozšíření, která potřebují, podle omezení na plochu nebo spotřebu.
Společnost PQShield představila novou verzi své knihovny PQMicroLib-Core, která implementuje postkvantovou kryptografii (PQC) s extrémně malými nároky na paměť — méně než pět kB RAM. Řešení je navrženo pro embedded zařízení s velmi omezenými zdroji, například nositelnou zdravotnickou elektroniku, platební terminály nebo průmyslové řídicí systémy. Knihovna umožňuje nasadit NIST-standardizované postkvantové algoritmy a zároveň podporuje integraci do TLS komunikace přes standardní PSA Crypto API, takže výrobci mohou přidat kvantově odolné šifrování i do existujících zařízení pouze softwarovou aktualizací. Implementace je podle firmy až osmkrát menší než běžné alternativy a obsahuje také ochranu proti fyzickým útokům, například proti analýze spotřeby (DPA), které jsou u embedded zařízení častým bezpečnostním rizikem.
IBM, Signal a Threema spolupracují na zabezpečení šifrované komunikace proti budoucím kvantovým útokům typu „harvest now, decrypt later“, kdy útočník ukládá zašifrovaná data dnes s cílem je rozšifrovat, až budou k dispozici dostatečně výkonné kvantové počítače. Signal už v roce 2025 nasadil protokol SPQR (Sparse Post-Quantum Ratchet) pro ochranu obsahu zpráv a nyní řeší ochranu metadat — konkrétně informací o členství ve skupinách, kde navrhuje decentralizovaný „gatekeeper“ model s ověřováním přes modifikovaný algoritmus ML-DSA s re-randomizací klíčů. Threema integruje do své platformy algoritmus ML-KEM. Hlavní technickou výzvou je, že nahrazení klasické kryptografie postkvantovými alternativami zvyšuje objem přenášených dat přibližně stokrát, což vyžaduje zásadní architektonické změny protokolů, nikoliv pouhou výměnu kryptografických komponent.
- Chcete mít Lupu bez bannerů?
- Chcete dostávat speciální týdenní newsletter o zákulisí českého internetu?
- Chcete mít k dispozici strojové přepisy podcastů?
- Chcete získat slevu 1 000 Kč na jednu z našich konferencí?
Staňte se naším podporovatelem
ČLÁNKY DO MAILU