Kvantovky v Česku
Tak a první kvantový počítač „Vlk“ v Ostravě (IT4Innovations) se již rozběhl. Pro připomenutí, dodalo jej finské IQM a má 24 supravodivých qubitů ve hvězdicové topologii. Více také na webu EuroHPC-JU. A co na tom budou dělat? V Ostravě například dostali grant na vývoj adaptivních kvantových korekčních mechanismů pro kvantové optimalizace.
Kvantové počítače
Delft Circuits zveřejnila roadmapu pro svou technologii Cri/oFlex, která má řešit problém propojení tisíců qubitů (I/O bottleneck) v kvantových počítačích. Tedy jak technicky zvládnout, aby do chladiče (kryostat) vedlo velké množství signálových kanálů bez toho, aby narostl šum, přehřátí nebo selhání spojů. Základní technické kroky zahrnují: použití vícekanálových flexibilních kabelů místo klasických koaxiálních, integrované filtry a útlumové (attenuator) prvky přímo v kabelech, redukci počtu bodů selhání (connectors, spojky), optimalizaci pro kryogenní podmínky (nižší tepelný tok, rychlejší termalizace). Cílem je z dnešních ~ 256 kanálů na „loader“ (port do chladiče) udělat ~ 1024 kanálů do roku 2027 a ~ 4096 kanálů do roku 2029, a to s vizí, že do roku 2030 bude možné provozovat systémy s plnou opravou chyb (fault tolerant) na této úrovni propojení.
Roadmapa od Delft Circuits
Výzkumníci z Harvardu představili nový systém s třemi tisíci neutrálními atomy, který dokáže kontinuálně doplňovat chybějící atomy a udržovat provoz více než dvě hodiny — oproti typickému trap lifetime (čas, než atomy začnou odpadávat) jen kolem jedné minuty. Systém využívá dual optical lattice conveyor belt strukturu k přepravě atomového zásobníku („reservoir“) studených atomů do zóny výpočtu, kde jsou atomy načítány do optických pinzet tempem ~ 300 000 atomů za sekundu a ~ 30 000 qubitů se inicializuje za sekundu, čímž se doplňuje 3 000 atomová pole. Při tom je zachována kvantová koherence a polarizace — tedy i atomy, které jsou zapojeny ve superpozici stavů, nejsou „probuzeny“ ani jinak narušeny doplňováním.
A ještě většího atomového pole se podařilo dosáhnout na západě USA, kde tým z Caltechu oznámil rekordní demonstraci 6 100 neutrálních atomů držících se jako qubity v optických pinzetách (optical tweezers), a to při zachování vysoké koherence a přesnosti operací. Konkrétně dosáhli koherence qubitů okolo 12,6 sekundy, což je dlouhá doba pro systém této velikosti, a manipulační fidelita pro jednotlivé qubity byla 99,98 %. V experimentu použili 12 tisíc laserových pinzetových míst („tweezer sites“) pro držení atomů, ale naplněno bylo 6 100 z nich. Dále tým demonstroval schopnost pohybu atomů v rámci pole — přemisťování až na vzdálenost ~ 610 μm (mikrometrů) — zůstávajíc v superpozici s fidelitou ~ 99,95 % při testech (interleaved randomized benchmarking) pro tyto pohyby.
Tým z QuEra, Harvardu a Yale vyvinul novou metodu zvanou Algorithmic Fault Tolerance (AFT), která dokáže výrazně zrychlit kvantové výpočty tím, že snižuje množství času stráveného opravou chyb. V běžných přístupech se musí při každém kroku výpočtu opakovaně měřit a kontrolovat stav qubitů, aby se chyby zachytily, což celé výpočty zpomaluje. AFT místo toho používá „chytřejší“ způsob práce s daty – operace se provádějí tak, aby se případné chyby nerozšířily, a zároveň se vyhodnocují vzory chyb v širším kontextu, takže stačí méně kontrol. Výsledkem je, že kvantový počítač může běžet desetkrát až stokrát rychleji než při tradičním postupu, což je velký krok směrem k tomu, aby kvantové stroje zvládly praktické úlohy mimo laboratoř.
V nové studii výzkumníci z QBoson a North China University of Technology ukazují, že fotonické kvantové zařízení typu Coherent Ising Machine (CIM) dokázalo optimalizovat autobusové trasy v Pekingu rychleji než špičkové klasické algoritmy: model města (60 stanic, ~700 000 cestujících) byl převeden na QUBO problém, který CIM vyřešil během milisekund – a dosáhl časových úspor přes 80 % oproti některým klasickým metodám. V praxi to znamená, že speciální kvantová architektura využívající fyzikální vlastnosti optických oscilátorů dokáže prohledávat velký prostor kombinací efektivněji, přičemž experiment využil pouze zařízení o ~100 qubitech (což limitovalo přesnost a velikost modelu). Avšak výsledky naznačují, že s vyšším počtem qubitů by takový přístup mohl konkurenceschopně plánovat rozsáhlé městské sítě. V tomto případě již jde o publikaci v recenzovaném časopise (sice ne top,, ale už to nějakou váhu má.)
Alice & Bob zveřejnili předběžné výsledky, které posouvají hranici stability kvantových bitů o celý řád: jejich nejnovější cat qubit vykázal průměrnou dobu do bit-flip chyby 44 minut, přičemž podle statistické analýzy spadá 95 % měření do intervalu 33 až 60 minut. Pro srovnání, dřívější rekordy u supravodivých qubitů nebo neutrálních atomů se pohybovaly v řádu milisekund až jednotek minut, a i nejlepší takzvané chybově odolné architektury zatím uváděly hodnoty jen v řádu několika minut. Tento více než desetkrát delší „čas do chyby“ znamená, že kvantový procesor dokáže běžet výrazně déle, než je nutné spustit korekci chyb, což dramaticky snižuje režii oprav a otevírá cestu k hlubším kvantovým obvodům. Pokud se podobné parametry podaří udržet i při škálování na více qubitů, jde o zásadní posun směrem k praktické chybově odolné kvantové architektuře.
Imec a australský startup Diraq oznámili průlom ve výrobě křemíkových spinových qubitů, když na 300mm průmyslových wafer procesech dosáhli chybovostí bran, které poprvé spadají pod prahovou hodnotu pro nasazení kvantové korekce chyb. V praxi to znamená, že jednochubitové brány vykazují fidelity vyšší než 99,9 % a dvouchubitové operace se dostaly nad 99 %, což jsou metriky považované za minimální předpoklad pro takzvané fault-tolerant architektury. Klíčové je, že qubity byly vyrobeny v běžné CMOS výrobní lince, nikoli v laboratorně laděném procesu, takže technologie může být přímo škálovatelná na tisíce či miliony qubitů bez zásadní změny výrobních metod. Tento výsledek potvrzuje, že křemíková platforma – využívající elektronové spiny v nanostrukturách blízkých tranzistorům – je nejen kompatibilní s dnešní polovodičovou výrobou, ale už dosáhla parametrů, které otevírají cestu k opravdové chybové odolnosti.
Schéma dvouqubitového čipu
Kvantový software a algoritmy
Cisco představilo „síťově uvědomělý“ kvantový kompilátor určený pro distribuované výpočty, tedy scénáře, kde se propojuje více menších kvantových procesorů do jednoho většího systému. Tento kompilátor při rozkládání obvodů neřeší jen klasické parametry jako je počet qubitů a hloubka obvodu, ale přímo započítává i náklady spojené s kvantovou sítí – například kolik entanglovaných párů je potřeba vygenerovat mezi uzly, jaké jsou latence přenosu nebo jak velkou režii vyžaduje korekce chyb při distribuci qubitů mezi procesory. Díky tomu dokáže automaticky převést uživatelský algoritmus do podoby, která optimálně využívá dostupné propojení, a minimalizuje ztráty výkonu způsobené komunikací. Cisco uvádí, že architektura je modulární a kompatibilní s různými fyzickými technologiemi qubitů, protože předpokládá standardizovanou kvantovou síťovou vrstvu. To otevírá cestu k první generaci distribuovaných kvantových výpočtů, kde už nebude nutné čekat na jediný velký kvantový počítač, ale naopak bude možné spojit více menších QPU přes optické linky a využít je jako koherentní výpočetní celek.
HSBC společně s IBM předvedly první známou demonstraci kvantově-hybridního algoritmického obchodování na trhu korporátních dluhopisů, kde klasické modely byly doplněny o výpočty na kvantovém procesoru IBM Heron; konkrétně šlo o predikci takzvané fill probability – tedy pravděpodobnosti, že nabídnutý obchod se skutečně uzavře za danou cenu – což je klíčový parametr pro likviditu a řízení rizik na těchto trzích. Test probíhal na reálných datech z evropského trhu a výsledky ukázaly, že kvantově-hybridní přístup dokázal dosáhnout až 34% zlepšení přesnosti oproti čistě klasickým metodám. Technicky se jednalo o úlohu převedenou do podoby QUBO (Quadratic Unconstrained Binary Optimization), kde kvantový procesor generoval kvalitnější kandidátní řešení, která byla následně vyhodnocena klasickým algoritmem.
Kvantové sítě a bezpečnost
Nová architektura pro kvantové opakovače využívající kvantové tečky(quantum dot) jako jediný fotonový zdroj umožňuje bezpečnou kvantovou komunikaci na vzdálenost až 300 kilometrů bez nutnosti kvantových pamětí. V architektuře je pět uzlů: dva koncové uživatelé (Alice a Bob), centrální zdroj jednoho fotonu a dva měřicí uzly, kde dochází k interferenci mezi jednofotonovými signály a koherentními pulsy – tímto způsobem se předávají kvantové informace pomocí post-selection metody. Architektura je navržena modulárně — lze přidávat další uzly — a protože přepojovací relé (intermediate relays) nemusí být důvěryhodné, snižuje se technická náročnost a náklady nasazení.
Schéma jak prodloužit dosah QKD
IonQ ve spolupráci s Air Force Research Laboratory (AFRL) předvedla technologii kvantové frekvenční konverze, která přeměňuje fotony vyzařované z jejich systému uvězněných iontů (typicky v modro-zelené oblasti viditelného spektra) na telekomunikační vlnové délky, pásmo C kolem 1550 nm, které se používá v klasických optických sítích za pomocí nelineární optiky. Převod frekvence se realizuje směšováním ve speciálních krystalech nebo vlnovodech, které umožní zachovat kvantové vlastnosti fotonu – polarizaci, časovou korelaci a zejména kvantové provázání. Díky tomu je možné propojit více iontových kvantových uzlů přes běžnou telekomunikační síť na vzdálenosti stovek kilometrů, což je zásadní krok k realizaci distribuovaného kvantového internetu.
Pěkný popis v češtině o tom jak nasadit PQC v TLS dal dohromady Jakub Onderka z NÚKIBu.
Současný stav přechodu na PQC
V novém experimentu v CERNu se testuje kombinace klasického časového signálu White Rabbit (vyvinutého pro synchronizaci zařízení v akcelerátorech) a kvantového signálu tvořeného provázanými fotony, přenášenými po stejném optickém vlákně. Cílem je zjistit, jestli lze oba typy signálů koexistovat bez vzájemného rušení — tj. aby vysokopřesné časování (sub-nanosekundové, na úrovni pikosekund) zůstalo nedotčeno přenosem kvantových stavů. White Rabbit poskytuje otevřený, standardizovaný protokol pro časovou synchronizaci s nízkým jitterem, což je klíčové pro kvantové sítě a QKD.
Společnost CUbIQ Technologies ve spolupráci s Coherent a Liberty Global oznámila, že dokázala integrovat CV-QKD (Continuous Variable Quantum Key Distribution) modul přímo do standardního optického QSFP-28 formátu, což je nejmenší běžně používaný modul pro datové sítě. Tento důkaz konceptu (POC) ukázal, že kvantově bezpečné přenosy klíčů mohou být nasazeny přímo na existující DWDM infrastrukturu bez nutnosti zásadních úprav – modul je kompatibilní s routery série PTX a využívá běžné optické transceivery (například 400G ZR QSFP-DD DCO). Klíčové technické detaily zahrnují: modul byl schopen fungovat při plném provozu DWDM linky, který přenáší klasické datové toků současně s kvantovým signálem, přičemž modul “nezasahoval” do provozu sítě. Tím dokazují, že kvantová bezpečnost může být zaváděna paralelně k hlavnímu datovému provozu bez nutnosti dedikovaného vlákna. Dále CUbIQ uvádí, že jejich moduly dosahují výrazně nižší spotřebu, šířku a cenovou úroveň (řádově stokrát menší než tradiční rackové QKD systémy).
Kvantový byznys, investice a politika
Bílý dům připravuje jednu až tři exekutivní nařízení zaměřené na kvantové technologie, především na post-kvantovou kryptografii (PQC), tedy algoritmy, které by odolaly útokům kvantových počítačů. Tato nařízení pravděpodobně určují pevné termíny pro federální agentury, aby migrovaly své sítě a systémy na nové standardy kryptografie, a to včetně zadavatelů zakázek. Ve hře je také rozšíření působnosti federální politiky v oblasti kvantových informačních věd a technologie, jakož i zvýšení tlaku na to, aby vláda postupovala rychleji, než tomu bylo dříve.
Startup NanoQT získala v sérii A 14 milionů dolarů. NanoQT pracuje na komponentách pro kvantové počítače jako jsou různé propojky.
Britský startup Gravity.G získal 4,66 milionu liber pro vývoj svých kvantových gravitačních senzorů.
Byl spuštěn evropský investiční fond 55 North s kapitálem 300 milionů eur, s cílem financovat a akcelerovat rozvoj kvantových technologií v Evropě. Fond plánuje podpořit firmy i výzkumné projekty napříč celým spektrem kvantových technologií — hardware, software, middleware, metrologie, kvantová komunikace atd. Klíčovým prvkem strategie je investovat do takzvaných „scale-up“ fází, tedy projektů, které už mají ověřený prototyp nebo technologii, ale potřebují kapitál pro masivní rozšíření, výrobu, integraci či komercializaci. Fond je koncipován tak, aby doplnil stávající evropské iniciativy (jako je Quantum Flagship).
- 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
