Kvantové počítače
O Xanadu a jeho novém modulárním fotonickém kvantovém počítači jsem psal již dva týdny nazpět. Teď k tomu je více informací, a hlavně obrázky. Dole najdete video, jak je to vše pospojované dohromady, ale i skutečné foto čtyř racků. Systém se skládá ze čtyř serverových racků propojených optickými vlákny, přičemž každý rack obsahuje 84 „squeezerů“, což dohromady tvoří 12 fyzických qubitů. První rack slouží jako vstupní bod pro lasery, zatímco zbývající tři obsahují klíčové kvantové komponenty rozdělené do pěti hlavních subsystémů: zdroje pro generování fotonických qubitů, buffer pro jejich ukládání, rafinerii pro multiplexování a tvorbu provázaných párů, směrování pro podporu provázání a clusteringu a kvantovou výpočetní jednotku (QPU) pro finální propojení a další funkce. Díky plně fotonickému přístupu systém pracuje při pokojové teplotě bez potřeby chlazení. Testy prokázaly schopnost systému vytvářet unikátní provázané stavy s miliardami módů, což naznačuje jeho potenciál pro provádění složitých a rozsáhlých výpočtů s vysokou mírou odolnosti vůči chybám.
Párkrát jsem tu psal, že i kosmické záření, které dopadá na Zem, má vliv na qubity. A nejen ono. Fyzici z Nordita a Google Quantum AI zjistili, že i slabé gravitační síly na Zemi mohou ovlivnit kvantové systémy. V případě jednotlivého qubitu jsou tyto gravitační efekty minimální, ale u souboru qubitů, jako je vertikálně uspořádaný čip Sycamore od Googlu, se tento vliv zesiluje a způsobuje měřitelné „defázování“ napříč systémem. Tento objev naznačuje, že pečlivě vyladěné qubity mohou sloužit nejen ke zpracování informací, ale také jako přesné gravitační senzory, což otevírá nové možnosti v kvantových technologiích, například pro navigaci bez GPS.
Bill Gates, spoluzakladatel společnosti Microsoft, v nedávném rozhovoru pro podcast Yahoo! Finance’s Opening Bid vyjádřil přesvědčení, že praktické kvantové počítače by mohly být dostupné již za tři až pět let. Tento optimistický odhad kontrastuje s názorem generálního ředitele společnosti Nvidia Jensena Huanga, který předpokládá, že kvantové počítače se stanou široce užitečnými až za 15 až 30 let. Gates zdůraznil, že Microsoft intenzivně pracuje na vývoji výkonného kvantového počítače, jehož uvedení na trh je plánováno na konec roku 2025. Přesto uznává, že časový horizont pro dosažení praktických aplikací kvantových počítačů je nejistý a může se lišit v závislosti na překonání technických výzev. Gatesův optimismus vychází z jeho pravidelných přehledů pokroku v kvantových technologiích uvnitř Microsoftu, kde sleduje vývoj a výzvy spojené s touto průlomovou technologií.
Francouzský startup Quobly specializující se na vývoj kvantových procesorů založených na křemíkových qubitech otevřel nové zařízení pro testování a charakterizaci kvantových čipů. Tento krok umožňuje desetinásobné zvýšení rychlosti testování, padesátinásobné navýšení objemu zpracování waferů a trojnásobné zrychlení cyklu od návrhu k testování, což urychlí přechod společnosti od výzkumných procesů k průmyslové výrobě. Tato expanze navazuje na nedávno oznámenou spolupráci s firmou STMicroelectronics a podporuje cíl Quobly dosáhnout produkce jednoho milionu fyzických qubitů do roku 2031.
Vědci z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) vyvinuli nový typ kvantového hradla (kvantové operace), které operuje mezi dvěma fotonickými stupni volnosti – polarizací a frekvencí. Tento přístup využívá hyperprovázání, což je provázání více stupňů volnosti mezi dvěma fotony, a může zvýšit odolnost vůči chybám v kvantové komunikaci, čímž přispívá k budoucím kvantovým sítím. Fotony jakožto nositelé kvantových informací mohou být ovlivněny okolním prostředím, což může vést k chybám během přenosu. Použitím hyperprovázání a nově vyvinutého kvantového hradla mohou vědci lépe kontrolovat a manipulovat kvantové informace nesené fotony. Dalším krokem je nasazení této technologie v kvantové síti ORNL pro další testování a vývoj.
Společnost Google Quantum AI představila průlomový přístup kombinující analogové a digitální kvantové techniky k simulaci fyzikálních jevů, jako je mechanismus Kibble–Zurek. Tento hybridní přístup umožnil vědcům poprvé provádět na jednom kvantovém počítači rychlé sekvence analogového i digitálního zpracování. Digitální metoda poskytuje flexibilitu a kontrolu, zatímco analogová zrychluje výpočty a snižuje šum. Klíčovým průlomem bylo vyvinutí nové kalibrační metody, která umožňuje efektivní současnou aktivaci spojek na kvantovém čipu. Experimenty byly provedeny na kvantovém procesoru Sycamore, přičemž budoucí výzkum se zaměří na pokročilejší čip Willow. Tento analogově-digitální přístup slibuje umožnit složitější simulace a přiblížit dosažení skutečné kvantové výhody.
Kvantový software a algoritmy
Vědci z Oxford University dosáhli významného pokroku v kvantové informatice tím, že poprvé úspěšně rozdělili kvantový algoritmus mezi více procesorů. V experimentu použili modulární architekturu, kde každý modul obsahoval malý počet iontových qubitů, propojených optickými vlákny. Data mezi moduly byla přenášena pomocí fotonů, což umožnilo provádět kvantové logické operace napříč moduly prostřednictvím kvantové teleportace. Tento přístup umožňuje efektivní propojení samostatných kvantových procesorů do jednoho plně propojeného systému. Tato technologie nejenže přináší nové možnosti pro škálování kvantových počítačů, ale také naznačuje potenciál pro budoucí „kvantový internet“, kde by vzdálené procesory mohly tvořit ultrabezpečnou síť pro komunikaci, výpočty a senzory.
Kvantová bezpečnost
Organizace MITRE (známá hlavně díky kyberbezpečnostním odborníkům kolem MITRE ATT&CK a podobně) ve svém reportu upozorňuje, že ačkoli kvantové počítače schopné prolomit současné šifrovací standardy, jako je RSA-2048, pravděpodobně nebudou k dispozici dříve než v letech 2055 až 2060 (patří spíše k pesimističtějším), je nezbytné přijmout opatření již nyní. Existují totiž obavy, že některé státy, zejména Čína, již nyní shromažďují šifrovaná data s úmyslem je v budoucnu dešifrovat pomocí kvantových technologií. Zpráva zdůrazňuje potřebu okamžitého přechodu na postkvantovou kryptografii, která je odolná vůči útokům kvantových počítačů. Dále doporučuje monitorovat pokroky v kvantových programech potenciálních protivníků a zajistit bezpečnost dodavatelských řetězců spojených s kvantovými technologiemi. Tato proaktivní opatření jsou klíčová pro udržení technologického a bezpečnostního náskoku Spojených států (report je napsaný pro USA, ale platí to pro všechny).
Kvantový byznys, investice a politika
Ve dnech 4. a 5. února 2025 se v pařížském sídle UNESCO uskutečnilo slavnostní zahájení Mezinárodního roku kvantové vědy a technologií (IYQ). Akce přilákala přes 800 výzkumníků, politiků a vládních představitelů z celého světa. Mezi hlavními řečníky byli čtyři nositelé Nobelovy ceny za fyziku: Alain Aspect, Serge Haroche, Anne l’Huillier a William Phillips. Cílem IYQ je zvýšit povědomí o kvantové vědě a jejích aplikacích, podpořit mezinárodní spolupráci a inspirovat mladou generaci k zapojení do tohoto dynamického oboru. Během roku 2025 jsou plánovány různé aktivity, včetně konferencí, workshopů a vzdělávacích programů, které mají přiblížit kvantovou vědu široké veřejnosti a zdůraznit její význam pro budoucnost. Mezinárodní rok kvantové vědy a technologií připomíná 100 let od počátků kvantové mechaniky a zdůrazňuje její klíčovou roli v moderní vědě, průmyslu a každodenním životě. Iniciativa byla schválena Organizací spojených národů v červnu 2024 a od té doby získala podporu mnoha vědeckých institucí a vlád po celém světě. Dále sledujte web quantum2025.org.
Zamyšlení se nad Quantum Computing Report: Rok 2025 byl Organizací spojených národů vyhlášen Mezinárodním rokem kvantové vědy a technologií (IYQ), což podtrhuje význam kvantových technologií pro budoucí inovace. Tento krok přichází v době, kdy se odvětví kvantových technologií posouvá od počátečního nadšení k fázi, která klade důraz na reálné a škálovatelné aplikace. V uplynulých letech zaznamenal sektor kvantových technologií významné investice a zájem investorů. Například společnosti jako SandboxAQ získaly 300 milionů dolarů od významných investorů, což naznačuje rostoucí důvěru v komerční potenciál kvantových technologií. Nicméně s rostoucími očekáváními přichází i potřeba prokazatelných výsledků. Odborníci upozorňují, že ačkoli kvantové technologie dosáhly pokroku, je nezbytné zaměřit se na vývoj praktických a škálovatelných řešení, která přinesou skutečné výhody v různých odvětvích. Mezinárodní rok kvantové vědy a technologií 2025 tak představuje nejen oslavu století kvantové mechaniky, ale také výzvu pro vědce, inženýry a investory k dosažení hmatatelných pokroků a k překonání současných výzev v oblasti kvantových technologií.
A my doufáme, že třeba ČR letos, v rámci tohoto kvantového roku, bude mít konečně vlastní strategii a vizi. A aby to nebyla jen standardní šuplíková záležitost, tak by se do znění měla zapojit i širší odborná veřejnost. Tak snad se dočkáme brzo, abychom si tu strategii tady mohli rozebrat, než bude schválená.
- 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