Kvantové počítače
Na arXiv se objevil nový příspěvek s přeloženým názvem „Kvantové počítání s uvězněnými ionty: průvodce začátečníka“. Pořád potřebujete základy kvantové mechaniky, ale pokud je máte, je to pěkný text pro hlubší pochopení kvantových počítačů na bázi uvězněných iontů.
Australský Archer poskytl pár novinek o svém pokroku. Pro připomenutí, Archer vyvíjí svůj kvantový procesor 12CQ. Jedná se o qubit na bázi spinu elektronu umístěného na uhlíkové vodivé kouli. A navíc pracuje při pokojové teplotě. Byla vylepšena doba koherence či pokročily práce na integrovaném čipu. 12CQ je téměř připraven pro výrobu na celých waferech kompatibilních s UV optickou and E-beam litografií, a to například u TSMC. Nyní s několika stovkami kusů bude vývoj pokračovat s testováním, proměřováním, optimalizacemi a integrací do klasických čipů.
4×4mm čip od Archeru. Pravděpodobně obsahující jeden qubit
Vědci z Berkeley Lab vydali publikaci, kde načrtli tzv. blueprint pro kvantový procesor s fluxoniovými qubity. Fluxoniové qubity, zdá se, mají větší oblibu než transmonové qubity. Ony jsou teoreticky i lepší, ale byly náročnější technologicky. To se nyní smazává. Fluxoniové qubity obecně nabízejí delší dobu koherence, větší fidelitu a možná i škálovatelnost.
Návrh designu kvantového procesoru s fluxoniovými qubity
Spousta lidí mluví o tom, jak s sebou kvantové počítače přinesou lepší strojové učení (ML) a AI. Avšak ještě než se tak stane, naopak klasické AI a ML budou velkou pomocí pro návrh kvantových čipů. Je známo, že AI/ML se již používá pro návrhy CPU a GPU. A vidíme, že se to aplikuje i na QPU. Jeden takový názorový článek právě na toto téma si můžete přečíst zde.
A ještě jednou fluxoniové qubity z větší perspektivy
Kvantový software a algoritmy
Tady najdete pěknou recenzi Quantum SDK od Intelu. Obecně, programování v C++ je vždy náročnější než v Pythonu a jako takové se úplně nehodí pro rychlé prototypování. Na druhou stranu vás může odměnit mnohem větším výkonem. Další výhoda tohoto SDK bude plná podpora spinových qubitů, které snad brzy Intel představí širší veřejnosti. Jinak závěr je, že je to dobrý nástroj, ale spíše až pro kompilaci finálního kvantového obvodu než pro vývoj samotný. C++ bonus pro rejpaly – podle jednoho výzkumu je C++ docela zelený a čistý jazyk, zatímco Python je špína jak z uhelných elektráren bez filtrů… :-)
Objevil se nový kvantový protokol, který je schopný invertovat qubit v čase. Ačkoliv to zní bombasticky, je tu pár ale. Stejně jako všechny kvantové algoritmy i tento je probabilistický, avšak funguje velmi dobře. Hlavně tu mluvíme o invertování evoluce qubitu v čase v případě nekontrolovaného systému, kde nevíme, co se s tím qubitem stalo. Tedy například pod vlivem škodlivého okolí.
Kvantové sítě a bezpečnost
Pořád se mluví o tom, že kvantově odolné šifrování bude náročnější. Výzkumníci z Austrálie a Řecka to otestovali přímo na TLS vrstvě (TLS 1.3), která nám zajišťuje šifrované spojení mezi dvěma účastníky. Obvykle se to skládá z ECDHE pro šifrovaný přenos klíče a RSA anebo ECDSA pro digitální podpis tohoto přenosu. To je výchozí pozice, se kterou se budeme porovnávat. Následně výzkumníci implementovali PQC KEM i digitální podpisy, a to hlavně ty, které budou standardizovány v NIST, ale i další, a změřili potřebný čas, ale i spotřebovaný výkon/energii. A PQC si nevede špatně. Naopak kombinace Dilithium+Kyber je dokonce rychlejší a méně náročná při minimálně stejné míře síly zabezpečení. Na konkrétní výsledky se můžete podívat zde.
Kvantové technologie
Vědci z NIST přišli s novou úžasnou hračkou. Jedná se o fotonický čip, který je schopný ve stejném okamžiku manipulovat barvou, fokusací, směrováním a polarizací několika laserových paprsků. Ukázali, že tento čip je schopný nahradit až 36 různých optických elementů, které byste jinak měli rozesety po celé optické lavici. Samotný čip se skládá z integrovaných fotonických obvodů pro vedení optických svazků a optického metapovrchu. Tento metapovrch se skládá ze skleněných waferů složených z milionů nanostruktur, které jsou schopné manipulovat s vlastnostmi světla. Vědci pak prakticky ukázali, že jedním takovým čipem jsou schopni kontrolovat směr, fokusaci a polarizaci 12 laserových svazků čtyř různých barev. Nebo dokázali nasměrovat dva svazky různých barev, aby vedly pěkně paralelně vedle sebe. Pokud uvážíme, že velká část kvantových technologií je ve skutečnosti ovládána lasery (například chlazení atomů, řízení uvězněných iontů…), je to obrovský krok k miniaturizaci. Například miniaturizace pokročilých atomových hodin.
A s fotonikou budeme pokračovat. Integrované fotonické obvody jsou velmi na vzestupu, ať už pro klasické, nebo kvantové výpočty. Základním elementem těchto fotonických obvodů jsou miniaturní vlnovody. A ty jsou také největším zdrojem ztrát ať už kvůli pohlcení, proklouznutí ven, nebo zpětným odrazům kvůli i sebemenším nedokonalostem. Výzkumníci se tedy snaží maximálně eliminovat takové nedokonalosti. Ale nikdy to nebude na 100 %. Z elektrické nebo mikrovlnné oblasti máme možnost vytvořit jednosměrné vlnovody. Avšak nejnovější práce ukazuje, že něco takového není možné provést v optické oblasti. Všechny materiály a metamateriály, které používáme pro nízkoztrátové obvody, jsou proto na bázi křemíku a jiných. Avšak tyto materiály mají tzv. časově-reverzní symetrii, to znamená, že vždy umožňují zpětný odraz již z principu. Výsledek je, že pro jednosměrné vlnovody bychom potřebovali vyvinout úplně nový metamateriál, ale zatím žádný takový neexistuje. I to je občas věda, že některé věci v nějakém rozsahu zkrátka nejdou.
Vzdělávání
Izraelský startup Classiq oznámil spuštění programu Classiq for Academia. Jedná se o program, jehož cílem je seznámit akademiky a studenty právě s touto platformou, která se zaměřuje na high-level generování kvantových obvodů. Program je nyní nabízen zdarma.
Kvantový byznys, investice a granty
Na The Quantum Insider nyní vycházejí články popisující situaci v jednotlivých zemích, například USA, Francii, Německu nebo Číně.
ČLÁNKY DO MAILU