Hlavní navigace

Qubity: Supervelké kvantové chladničky, pokroky s QKD v ČR, vylepšení supravodivých čipů

18. 9. 2022
Doba čtení: 5 minut

Sdílet

 Autor: IBM
Pravidelný přehled novinek z rozsáhlého a rozvíjejícího se oboru kvantových počítačů, který vydáváme ve spolupráci s blogem Qubits.cz.

Kvantové počítače

Světové obchodní fórum (World Economic Forum) vydalo obsáhlejší report ohledně kvantových počítačů. Je to pěkně napsané i s názornou grafikou a zajímavými čísly, vhodné hlavně pro lidi mimo obor kvantových počítačů. Najdete základní vysvětlení, o co jde, jaké jsou potenciální výhody, jaký je současný stav i informace kolem regulací, standardizace nebo kvantového vzdělávání a tréninku.

Už je to více jak rok, co jsem tady psal, že IBM plánuje postavit největší kryogenický mrazák na světě. A nyní IBM ohlásilo, že jej již postavilo a vyzkoušelo. Tento nový mrazák nabízí 1,7 kubických metrů pro experimenty (dnešní největší nabízí zhruba 0,4 až 0,7 kubických metrů). A velký mrazák potřebujete, abyste mohli uchladit tisíce qubitů v rámci jedné mrazničky. V tomto smyslu, supravodivé kvantové procesory jsou poměrně velké (plošně), a to včetně potřebné kabeláže. Poznamenejme, že kryogenický mrazák chladí postupně přes několik stupňů od shora dolů, kde dole dosahuje teplot okolo 25 milikelvinů, tedy téměř absolutní nuly. Nízkých teplot je dosaženo pomocí helia.

Pohled na novou experimentální kryogenickou chladničku IBM a její velikost

Pohled na novou experimentální kryogenickou chladničku IBM a její velikost

Autor: IBM

Na Popular Science najdete navíc i pěknou fotoreportáž vypravující se do nitra současných (ano, ty s malým mrazákem) kvantových počítačů od IBM.

Poslední dobou se objevuje více pesimističtějších článků o tom, že kvantové počítače jsou spíše bublina, která nemá, zatím, komerční význam. Pěkné shrnutí najdete třeba tady. Za mě ano, kvantové počítače jsou zatím jenom hračky vědců, které zatím nenabízejí žádnou výhodu a tento stav ještě chvíli potrvá. Dříve budou komerčně relevantní kvantové senzory, pak kvantové sítě a až pak – ty nejvíce hypované – kvantové počítače.

Evropský startup Pasqal oznámil úspěch v dalším vývoji svých kvantových procesorů na bázi neutrálních atomů, kde dokázali řídit a operovat s 324 atomyJiž na konci června Pasqal oznámil, že se mu pomocí optické pinzety podařilo uvěznit 350 atomů, nyní je již schopen je používat i pro výpočty. Dodejme, že se nejedná o univerzální kvantový procesor, ale kvantový simulátor, více jsem popisoval zde.

Toshiba ukázala simulace nového návrhu supravodivých qubitů. Konkrétně značně vylepšili tzv. coupler, což je řiditelná součástka, která je zodpovědná za interakci mezi dvěma qubity. A i jen tato část supravodivých obvodů má různé problémy, jako že nedokáže na sto procent zastavit tzv. cross talk, tedy že dva qubity interagují, i když by neměly, nebo dokáže spojit jen dva qubity na podobné frekvenci. Všechny tyto nedostatky značně zlepšuje právě návrh od Toshiby. Simulace vypadají slibně, rychlé a s větší fidelitou.

Coupler je část supravodivého obvodu, který zajišťuje interakci mezi dvěma qubity

Coupler je část supravodivého obvodu, který zajišťuje interakci mezi dvěma qubity

Autor: Toshiba

Vědci z Japonska, Irska a Austrálie publikovali vylepšený způsob, jak opravovat kvantové chyby. Zatím, jednoduše řečeno, princip je, že kvantově provážeme několik pomocných qubitů (syndrome qubits) s tím, který nese kvantovou informaci, a ty pak měříme (syndrome measurement). Pokud indikujeme chybu, tak ji opravíme. Problém je, že takováto zpětnovazebná smyčka je docela pomalá. Zde vědci přišli se zlepšením za pomoci tzv. kontinuálního měření pomocných qubitů, které je rychlejší a efektivnější. Metoda se nazývá measurement-based estimator scheme for continuous quantum error correction (MBE-CQEC).

Kvantové sítě

Na University of Oxford vědci poprvé demonstrovali kvantovou síť, která propojila atomové optické hodiny a kvantově je provázala. Běžně má každé kvantové zařízení limitovanou přesnost danou tzv. standardní kvantovou limitou. Nicméně pomocí kvantového provázání lze teoreticky dosáhnout až fundamentální Heisenbergovy limity (to znamená z přesnosti 1/N1/2 na 1/N). Zde experimentálně dosáhly zmenšení neurčitosti faktorem 2. Jen pro zajímavost, kvantové sítě budou důležité i pro synchronizaci kvantových hodin, kde jejich přesnost je větší, než co umí synchronizovat současné metody. Česky o tomto pokroku i na osel.cz.

Další pokrok v oblasti kvantových sítí pro QKD v ČR má na svém kontě Vysoké učení technické v Brně, které zhruba osmikilometrovým spojem spojilo dvě své fakulty. Síť je součástí projektu NESPOQ, kde jsou zapojeny kromě VUT i CESNET, NÚKIB a VŠB-TUO.

Kvantová kryptografie

PQShield, startup pracující v oblasti kvantově odolných řešení (PQC), publikoval upgrade na kvantově odolné šifrování pro Signal a nabídl jej Signal Foundation zdarma.

QuSecure, které rovněž pracuje na PQC, získalo cenu Best Quantum Cybersecurity Solution od magazínu Security Today pro rok 2022.

Pěkný příspěvek o tom, jak i starší data, která byla zašifrována kvantově neodolnými algoritmy jako RSA, mohou v budoucnu představovat velký problém, zvláště pokud někdo tato postaru zašifrovaná data shromáždil a v budoucnu by je chtěl rozšifrovat.

Kvantové technologie

Na Purdue University přišli s novým zdrojem kvantově provázaného páru fotonů v XUV oblasti (jedná se o extrémně ultrafialovou oblast až k rentgenové oblasti. Dosud v této oblasti žádný zdroj provázaných fotonů nebyl). Zásadní vlastností tohoto zdroje je, že vygenerované kvantově provázané fotony jsou korelovány v čase na úrovni attosekund. Toho docílili skrze dvoufotonový rozpad metastabilního stavu helia. Attosekundové rozlišení umožní měřit ultrarychlé procesy, neboť základem takového měření je, jak dobře a jemně dokážete rozlišit onen jeden časový „tik“.

Vědcům z Německa a Francie se podařilo objevit nový způsob, jak vyrábět nanodiamanty vhodné pro účely kvantových senzorů (tzv. NV centra). A to se jim povedlo pomocí výkonného laseru s velmi krátkými pulsy, které vystřelili na obyčejnou PET lahev. To dané místo zahřálo na více jak 6000 °C, a ještě vytvořili tlakovou vlnu, která stlačila materiál na velmi krátký okamžik silou více jak milionkrát větší, než je atmosférický tlak.

Kvantové vzdělávání

Projekt DigiQ, jehož součástí je FJFI ČVUT, získalo podporu v hodnotě 215 milionů korun právě na vznik a zajištění vzdělávacích oborů pro kvantové technologie.

Kvantový byznys, investice a granty

A ještě něco málo z českých luhů a hájů. ČR navštívil prof. Akiro Furusawa, špičkový odborník na kvantovou optiku a počítače, který již nějaký čas spolupracuje s Univerzitou Palackého v Olomouci. Tentokrát se konala i oficiálnější večeře na japonské ambasádě za přítomnosti nejen akademických expertů, ale i lidí z Ministerstva průmyslu a obchodu a Ministerstva zahraničí. Diskuse se točila ohledně možné spolupráce v oblasti kvantových technologií. Zájem je z obou stran. Japonsko je považováno za jednu ze špičkových zemí v kvantových technologiích se systematickým přístupem. Taková spolupráce by byla výborná a možná by mohla rozhýbat i nějaký systematický přístup ke „kvantovkám“ tady v ČR.

Amazon a Harvard University spolu vytvořily alianci pro výzkum a inovace v oblasti kvantových sítí. Pro Amazon jde o další velkou spolupráci v kvantové oblasti po např. CalTechu, kde se zase věnují kvantovým počítačům.

SandboxAQ , spin-out od Google, kupuje společnost Cryptosense, poměrně významnou kyberbezpečnostní společnost, která nabízí kyberbezpečnostní řešení a nyní implementuje i kvantově odolná šifrování (PQC).

KL22 hlasovani

QuantWare získalo grant 1,1 milionu eur na nové vhodnější materiály pro supravodivé kvantové počítače.

Kvantově softwarový startup z Německa Kipu Quantum opustil stealth mód a oznámil seed investici v hodnotě tří milionů eur.

Autor článku

Výzkumník v oblasti bezpečnostních aspektů kvantových technologií a teoretické jaderné fyziky na FJFI ČVUT a zakladatel společnosti Quantum Phi. Doktorát má z jaderné a částicové fyziky. Provozuje blog Qubits.cz a je poradcem fondu Tensor Ventures.