Kvantové počítače
IonQ detailně představila architekturu Walking Cat, což je návrh fault-tolerantního kvantového počítače s uvězněnými ionty kombinujícího QCCD (Quantum Charge-Coupled Device) infrastrukturu a QLDPC error-correcting kódů. Klíčovou myšlenkou je fyzický pohyb iontů mezi různými zónami čipu místo pevně daného propojení qubitů, takže systém dosahuje efektivně any-to-any konektivity bez masivní routovací vrstvy typické pro supravodivé architektury. Název Walking Cat odkazuje na použití takzvaných cat states jako pomocných stavů pro logická měření a extrakci syndromů chyb. Tyto stavy se „přesouvají“ mezi výpočetními bloky a specializovanými factory zónami. IonQ zároveň sjednocuje celou architekturu kolem jedné rodiny QLDPC kódů, takže stejné dekódovací schéma obsluhuje paměťové bloky, magic state factories i logická měření, což má snížit komplexitu celého fault-tolerant stacku. Firma například uvádí odhad, že simulace Heisenbergova modelu se 100 spiny by vyžadovala přibližně 10 tisíc fyzických qubitů a běžela by asi měsíc, což je výrazně nižší overhead než u starších surface-code odhadů. Důležitou součástí návrhu je i mechanismus pro detekci a nahrazování ztracených iontů v reálném čase pomocí lokálních reservoir zón, protože právě qubit loss bývá u trapped-ion systémů praktický problém.
Architektura Walking Cat od IonQ
Článek připomíná desetileté výročí okamžiku, kdy IBM v roce 2016 zpřístupnila první kvantový procesor přes cloud, čímž fakticky změnila způsob, jakým se kvantový hardware používá a vyvíjí. Místo uzavřených laboratorních experimentů vznikla platforma, kde mohou studenti, startupy i korporace spouštět reálné kvantové obvody vzdáleně, což vedlo k rychlému rozvoji softwarového stacku (například Qiskit) a vzniku prvních aplikačních experimentů nad skutečnými zařízeními. Důležitý technický aspekt není jen remote access, ale i standardizace workflow – od kompilace obvodů přes queue management až po sběr statistických výsledků (shots), což postupně přiblížilo kvantové výpočty modelu známému z classical cloud computingu. Za deset let se systém posunul od pětiqubitových demonstrátorů k procesorům se stovkami qubitů a k relativně komplexní infrastruktuře zahrnující desítky zařízení a tisíce uživatelů. Můj komentář: na druhou stranu, před deseti lety tento systém byl zcela otevřený a časem se spíše více a více uzavírá. Nutno dodat, že pravděpodobně jednou z hlavních příčin jsou vývozní omezení (export controls).
Výzkumníci z Harvard University ve svém článku argumentují, že vývoj kvantových počítačů postupuje rychleji, než se ještě před několika lety očekávalo, přičemž jako hlavní indikátor uvádějí vznik nových startupů a komercializačních aktivit přímo navázaných na akademický výzkum. Místo jedné „velké“ technologické revoluce jde spíše o souběh dílčích pokroků, například v oblasti architektur s neutrálními atomy, zlepšení koherence a kontroly qubitů nebo efektivnějších algoritmů, které dohromady posouvají praktickou použitelnost systémů blíže k reálným aplikacím. Zajímavý je důraz na to, že tyto firmy často vznikají přímo kolem konkrétních experimentálních setupů vyvinutých na univerzitách, což zkracuje přechod mezi základním výzkumem a inženýrskou implementací, a tím i iteraci celého vývoje. Článek zároveň nepřímo naznačuje, že tempo pokroku není dáno jen počtem qubitů, ale spíš schopností integrovat hardware, software a experimentální workflow do funkčních celků.
Rakouská společnost AQT (Alpine Quantum Technologies) představila LYNX, novou platformu pro uvězněné ionty, která podle firmy dosáhla metriky Quantum Volume (QV) 32 768, což je aktuálně nejvyšší veřejně oznámená hodnota pro systém navržený a provozovaný v Evropě. Quantum Volume je benchmark původně zavedený IBM, který nesleduje pouze počet qubitů, ale kombinuje více parametrů najednou – zejména fidelitu hradel, kvalitu měření, konektivitu a schopnost spouštět hlubší náhodné obvody bez kolapsu výpočtu. AQT dosáhla výsledku pomocí architektury s uvězněnými ionty a all-to-all konektivitou, takže qubity mohou interagovat přímo bez potřeby SWAP operací typických pro řadu supravodivých systémů. Firma zároveň uvádí výrazné zlepšení stability laserového řízení a novou implementaci kvantových hradel méně citlivou na fázový šum, což podle publikovaných benchmarků vedlo k přibližně 256násobnému zvýšení výkonu oproti předchozí generaci IBEX. Zajímavý je také důraz na „datacenter-ready“ integraci – celý systém je zabalen do standardního 19” racku bez externí kryogenní infrastruktury a má být dostupný přes cloudové služby a evropské HPC infrastruktury.
Společnost Q-CTRL oznámila demonstraci toho, co označuje jako „practical quantum advantage“, tedy praktickou kvantovou výhodu, v oblasti simulace materiálů pro energetické aplikace, konkrétně na problému dynamiky elektronů ve Fermi–Hubbardově modelu. Výpočet běžel na platformě IBM Quantum s využitím přibližně 120 qubitů a podle firmy dosáhl asi 3000× kratší wall-clock doby než optimalizované klasické simulace založené na metodách založených na tensorových sítích. Klíčovým prvkem ale není samotný hardware, nýbrž error-suppression software od Q-CTRL, který za běhu aktivně redukuje vliv šumu a umožňuje spouštět hlubší kvantové obvody s použitelnou přesností. Výsledkem je workflow, kde kvantový procesor během několika minut spočítá evoluci systému, zatímco srovnatelný klasický výpočet běží desítky až stovky hodin na HPC infrastruktuře. Důležité je, že autoři neporovnávají výsledek s „naivní“ klasickou simulací, ale s etablovanými nástroji používanými v materiálovém výzkumu, což dává benchmarku větší relevanci.
Kvantový software a algoritmy
Výzkumníci z Quantum Science Center (Oak Ridge National Laboratory a Purdue University) poprvé demonstrovali digitální kvantovou simulaci transportu spinu v jednorozměrném Heisenbergově modelu, což je základní model pro popis interakcí mezi kvantovými spiny v materiálech. Na zhruba 40 qubitech dokázali přímo simulovat dynamiku spinového proudu v čase a rozlišit různé režimy transportu – od balistického přes difuzní až po takzvané superdiffuzní chování, které souvisí s kvantovým tunelováním a kolektivními efekty. Klíčovým technickým prvkem je využití digitální simulace s mid-circuit measurements, které umožňují efektivně měřit spin-current autocorrelation funkce bez extrémně hlubokých obvodů, jež by byly na dnešním hardwaru neproveditelné. Oproti dřívějším přístupům tak nejde jen o nepřímé odvození transportu ze spin-spin korelací, ale o přímé sledování toku spinu v reálném čase na úrovni modelu.
Výzkumníci z Cleveland Clinic, RIKEN a IBM oznámili simulaci proteinového komplexu o velikosti 12 635 atomů, a to pomocí hybridního workflow kombinujícího kvantové procesory a klasické superpočítače Fugaku a Miyabi-G. Nejde o „čistě kvantovou“ simulaci – systém využívá koncept quantum-centric supercomputing, kde kvantový hardware řeší pouze nejnáročnější části elektronové struktury a zbytek výpočtu zpracovávají klasické HPC systémy. Konkrétně byly použity až 94qubitové procesory IBM Heron a metoda sample-based quantum diagonalization (SQD), která rozděluje molekulu na menší fragmenty a následně jejich výsledky skládá dohromady. Simulovány byly biologicky relevantní proteiny včetně trypsinu a protein-ligandových systémů používaných ve vývoji léčiv, přičemž autoři uvádějí přibližně 40násobný nárůst velikosti simulovaných systémů oproti výsledkům z konce roku 2025 a výrazné zlepšení přesnosti některých kroků workflow.
Kvantový byznys, investice a politika
Společnost IonQ oznámila rozšíření svého portfolia o komerční službu založenou na technologii InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), která umožňuje sledovat deformace zemského povrchu s milimetrovou přesností pomocí satelitních dat. Systém využívá konstelaci SAR satelitů (původně z Capella Space) a klíčovou inovací je plně automatizovaný workflow – uživatel pouze definuje oblast zájmu a systém sám zajišťuje opakovaná měření, zpracování i dodání časových řad dat s typickým třídenním intervalem. Díky stabilní geometrii snímání a kombinaci různých orbit (sun-synchronous a mid-inclination) lze navíc rekonstruovat i trojrozměrný pohyb povrchu, což je důležité například pro monitoring infrastruktury, subsidence nebo geologických procesů. Z hlediska „kvantových technologií“ je zajímavé spíš strategické propojení – IonQ tímto krokem rozšiřuje aktivity mimo samotné qubity směrem k sensing a datovým službám, které mohou v budoucnu využívat kvantové networking nebo secure communication vrstvy.
Americký Quantum Machines (kvantově-klasické řídicí systémy) koupil nizozemský QHarbor, který je softwarovým spin-offem z TU Delft.
Jak vypadají kvantové čipy od Googlu:
- 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