Kvantové počítače
HPCwire udělalo zajímavý rozhovor s ředitelem kvantové sekce u AWS/Amazonu. Rozhovor se nejdříve zaměřil na Amazon Braket, tedy kvantový cloud, který umožňuje přístup ke kvantovým počítačům různých výrobců. Poměrně nedávno spustili i Amazon Braket Hybrid, který je zaměřený na kvantově-klasické hybridní výpočty, jako je kvantový VQE algoritmus. Nicméně Amazon není jen o Braketu, ale i o Amazon Quantum Solution Lab. Zde Amazon pracuje hlavně na projektech možných kvantových řešení a aplikací, např. s BMW nebo Goldman Sachs. Pak je tu AWS Center for Quantum Computing, které Amazon provozuje společně s Caltech. Zde je cílem Amazonu postavit kvantový počítač odolný kvantovým chybám, tzv. FTQC (Fault-Tolerant Quantum Computer), a hlavně se zaměřují na vylepšené supravodivé qubity. Nedávno navíc Amazon otevřel oddělení kolem kvantových sítí, AWS Center for Quantum Networking. Obecně lze říci, že zatímco kolem Amazon Braket se Amazon snaží hodně a nahlas, ohledně vlastního výzkumu je spíše tajnůstkářský.
Podobně viceprezident Microsoft Quantum dal rozhovor pro Physics World. Mluví se hlavně o Azure Quantum, což je prakticky to stejné jako Amazon Braket. I Microsoft se chce hodně zaměřit na hybridní řešení, která navíc budou podporovaná AI. Oproti Amazonu má však Microsoft hlavně v oblasti kvantových algoritmů několikaletý náskok. Dále Microsoft stále pracuje na tzv. topologických qubitech (dají se označit jako svatý grál, typ qubitů, které jsou velmi odolné kvantovým chybám, avšak zatím nikdo takový qubit neviděl). V tomto výzkumu je tu trochu nešťastná historie ohledně objevu anyonů, tedy jistých kvazičástic. Nicméně poslední výzkumy ukazují, že topologických qubitů by šlo dosáhnout i jinou cestou než pomocí anyonů. A právě výzkum nulových Majoranových modů vypadá slibně. Další povídání bylo o QIR (Quantum Intermediate Representation). Jedná se o softwarovou vrstvu, nad kterou můžete použít libovolný (vysokoúrovňový) programovací jazyk a QIR pak vygeneruje kód pro konkrétní kvantový počítač včetně optimalizací. A co je zajímavé, QIR bude, zdá se, využíván mnoha velkými hráči v kvantovém světě jako Quantinuum, Quantum Computing Inc., Rigetti, Nvidia nebo Oak Ridge National Laboratory.
Pěkný článek o NASA a jeho historii s kvantovými počítači najdete na The Quantum Insider. A to včetně budoucích plánů. NASA si uvědomuje, že kvantové počítače jsou ještě v „batolecím“ věku. Nicméně aktivně přemýšlí a zkoumá, jak by šly v budoucnu využít. Třeba na návrhy budoucích vesmírných lodí na dlouhé vzdálenosti.
Výzkumníci z USA opět posunuli výzkum v oblasti kvantových počítačů z kvantových teček dál. Jeden z hlavních problémů u kvantových teček je, že jsou hodně citlivé na své okolí. To znamená, že pokud je v okolí nečistota, doslova jeden atom, který tam nepatří, změní to energetické poměry v kvantové tečce. Bohužel se zdá, že takovéto nečistoty jsou nevyhnutelné. Z tohoto důvodu výzkumníci přišli s metodou, jak kvantovou tečku na povrchu materiálu posunout o pár nanometrů, aby se dostala mimo vliv dané nečistoty.
Na téma korekce kvantových chyb se objevila další teoretická práce, která k tomuto problému přistupuje jinak. Na chvíli si představme klasický počítač, kde systém pro zachycení chyb je velice vyvinut, a mějme třeba pět redundantních bitů, 11001. Na první pohled by se zdálo, že je větší šance, že správná hodnota má být 1, ale není to 100%. Nicméně lze to vylepšit, pokud víte, kde nastala chyba, danou hodnotu vymažete, tedy něco jako 11XX1, kde situace je už jednoznačná. A právě takovýto přístup zvolil interdisciplinární tým vedený výzkumníky z Princeton University. Zatím se jedná o teoretickou práci zaměřenou hlavně na qubity z neutrálních atomů. Nicméně tato teorie by měla platit obecně a tým již pracuje na demonstraci na reálném kvantovém počítači.
Kvantový software
Multiverse Computing vydalo novou verzi svého Singularity SDK. To primárně zahrnuje jeho Hybrid Solver řešení, které kombinuje klasické a kvantové počítače pro optimalizaci finančních portfolií, kterých zvládne zpracovat až tisíce. Toto SDK má i plugin pro Excel, který můžete napojit, kromě klasických řešení a toho od Multiverse, i na D-Wave Leap Hybrid.
Hračičků, kteří si hrají třeba s Raspberry Pi, kolem nás je spousta. A proč si z toho neudělat takový malý kvantový počítač, respektive jeho simulátor? Neziskovka Quantum Village na GitHubu uvolnila uQ: micro quantum, embedovaný kvantový simulátor pro Raspberry Pi Pico s vizualizacemi podporujícími LCD modul.
Kvantová kryptografie
Obecně, stále tu jsou hodně živé diskuse ohledně kvantově-odolného šifrování (PQC). Jak víme, americké NIST vybralo čtyři kryptografická schémata, která bude standardizovat. Zároveň chvíli před tímto ohlášením bylo jiné ohlášení ohledně rozbití SIKE PQC algoritmu jen na obyčejném laptopu – a to se dostal do úplného finále na možné kandidáty pro standardizaci. Navíc se jedná už o třetí cracknutý PQC algoritmus za posledních několik měsíců. Takže obecná diskuse je, jak moc je proces NIST důvěryhodný (jiné standardizační organizace ani zdaleka tak pečlivé nejsou…) a jak můžeme vybraným algoritmům věřit. Zastánci jsou na obou stranách. Nicméně, převážná shoda do budoucna je na řešeních s tzv. kryptoagilitou, tedy že šifrování bude používat více typů neboli rodin kryptografických schémat a v případě, že by se některé z nich prolomilo, jednoduše se přepne na jiné. Avšak ti z vás, kteří jsou z IT, si dokážou představit, že se bude jednat o poměrně bolestivý proces. Navíc, s důvěryhodností také mírně otřásají různé spekulace, jaká byla případná role NSA. Obecně, NSA ve zkoumání PQC algoritmů má několik let náskok a spekulace říkají, že nechávají projít i algoritmy, kde znají nějaká zadní vrátka… Více o PQC v našem článku.
Kvantové technologie
Německé konsorcium Q.ANT, Bosch, TRUMPF a German Aerospace Center (DLR) oznámilo svůj záměr pracovat na kvantovém senzoru pro lepší stabilitu satelitů. V tomto případě, hlavně Bosch, vyvíjí kvantový gyroskop – buňku, která se naplní plynem, jehož atomy jsou následně excitovány laserovými pulsy a magnetické pole následně způsobí rotaci těchto atomů. Pak, pokud satelit sám začne rotovat, což značí změnu trajektorie, hlavně změnu výšky, se změní i rychlost rotace atomů v senzoru. To nám dává velmi přesnou zpětnou vazbu na chování vlastního satelitu a umožní nám pak aplikovat korekce, aby se satelit držel na co nejstabilnější výšce. Vlastně jde o inerciální kvantový senzor, který by šel použít i pro autonomní navigaci aut či dronů apod. Hlavní výhodou jsou potenciálně velmi malé rozměry umožňující umístit takový senzor i do velmi malých satelitů, jeho stabilita a přesnost.
McKinsey & Company vydalo další report ohledně kvantových technologií. Tento přehled je obzvláště vhodný pro lidi, kteří toho o kvantových technologií moc neslyšeli a rádi by hned pochopili komerční potenciál těchto technologií bez nutnosti si číst o technologickém pozadí. Případně si můžete projít náš kvantový seriál v češtině.
Kvantový byznys, investice a granty
Kvantově-softwarový startup Multiverse Computing a Objectivity, britský poskytovatel IT řešení, oznámili partnerství s cílem přinést řešení s využitím kvantových počítačů pro firmy v Evropě, středním východu a Africe. V tomto případě budou aplikace zaměřené na optimalizace pomocí kvantových počítačů (produkt Singularity od Multiverse) pro finanční, výrobní a zdravotnický sektor.
Finský IQM a QphoX z Nizozemí se domluvily na spolupráci v oblasti vývoje nového řídicího rozhraní pro škálující se kvantové počítače pomocí optiky. Řízení pomocí optiky se stává pomalu trendem. Hlavní výhoda je, že třeba do kryogenického chlazení u supravodivých kvantových počítačů nezanáší teplo zvenku, na rozdíl od koaxiálních kabelů, kde protéká proud, a tedy se i generuje teplo.
V Austrálii pod vedením národního Tech Council of Australia vzniká Australian Quantum Aliance, jejíž cílem je vybudovat kvantový ekosystém a průmysl právě kolem kvantových technologií. V alianci jsou australské startupy jako QuintessenceLabs, Q-Ctrl, Silicon Quantum Computing, Quantum Brilliance, Nomad Atomics, Diraq, ale i větší hráči jako Rigetti, Microsoft nebo Google.
Když tu píšu o různých investicích, jen pár z nich je v Evropě. V investicích ze soukromého kapitálu zcela dominují startupy hlavně z USA. To, jaká je situace v EU, proč tady nejsou tak velké investice, ačkoliv se EU drží světové špičky v kvantových technologií, a co by mohlo pomoci, rozebírají zde.
Přehled původně vyšel na blogu Qubits.cz.
