Kvantové počítače
Pořád tady píšu o kvantových procesorech, kolik mají qubitů a jaké další parametry a občas sem dám i obrázek. Ale jak to opravdu vypadá v celku? Jak vypadá ta místnost, kde je kvantový počítač umístěn, a co vše tam je? Tak přesně na toto téma najdete článek s popisem místa, kde se provozuje nový kvantový procesor H2 od Quantinuum.
Grafické znázornění celkového pohledu na kvantový počítač H2
Před pár lety jsme mohli číst prohlášení jako 1 000 000 qubitů v roce 2030 například od Googlu či z Číny. V případě IBM je plán dosáhnout 100 000 qubitů v roce 2033. IBM již minulý rok nastínilo, jak toho dosáhnout. Konkrétně bude IBM spolupracovat s University of Tokyo a University of Chicago, na kterých se výzkum zaměří na čtyři základní pilíře expanze na 100 tisíc qubitů. Jedná se o kvantovou komunikaci (mezi kvantovými clustery), middleware, kvantové algoritmy a korekce kvantových chyb (takové, které budou schopné využít dohromady všech kvantových procesorů a kvantové komunikace) a pak vývoj jednotlivých komponent pro propojení. V rámci těchto aktivit IBM investuje po 50 milionech dolarů pro University of Chicago a University of Tokyo. Po podobné investici od Googlu do stejných škol se z nich stávají špičky oboru.
Vizualizace centra se 100 tisíci qubity od IBM
Na arxivu se objevil článek „Where are we heading with NISQ?“, který sumarizuje současný vývoj ve smyslu současných nedokonalých/chybových kvantových (NISQ) počítačů. Nejlépe situaci popisuje obrázek níže.
NISQ
Žlutá oblast je oblast, kterou můžeme jednoduše simulovat na klasických počítačích. Zhruba do 40 qubitů. Takže nic extra. Pak to začne být zajímavé a situace je dobrá (zelená), nebo špatná (červená) dle chyby či fidelity dvouqubitové operace. A samozřejmě čím více qubitů, tím tato chyba musí být menší, abychom se dostali do užitečné-zelené oblasti. Tam bychom měli dosáhnout opravdové, praktické kvantové výhody. Zároveň obrázek ukazuje i pozici jednotlivých procesorů od jednotlivých hráčů. Hodně blízko je Quantinuum se svými kvantovými procesory (momentálně 32 qubitů) na bázi uvězněných iontů. Dalším, kdo není úplně tak daleko, je IBM (zelené puntíky). To má hodně qubitů (až 433), ale má i procesory s malým počtem qubitů, avšak vysokou fidelitou. Když zůstaneme ještě u IBM, jejich zig-zag vývoj je jasný trend, kdy vždy nejdříve přidají qubity a pak následně vylepšují parametry.
Vědci z QuTech publikovali článek v Nature o tzv. Andreev spin qubitech. Vlastně se jedná o hodně zajímavého kandidáta na velmi kvalitní qubit. Andreev spin qubit není postaven na úplně novém fyzikálním principu, ale jedná se o hybrid kvantové tečky a supravodivého qubitu. Oba dva typy mají své výhody i nevýhody. Například spinové qubity (kvantové tečky) jsou malé a jsou kompatibilní s polovodičovou technologií, ale mají problém s interakcí na delší vzdálenosti. Naopak to je menší problém, podobně jako rychlé vyčítání pro supravodivé qubity, ale na druhou stranu kvantové operace jsou pomalejší a i obecně jsou supravodivé qubity mnohem větší. Qubity Andreevova spinu využívají fakt, že přenos elektronů v supravodičovém qubitu může být ovlivněn spinovými stavy elektronů. Vytvořením kvantové tečky v oblasti normálního kovu ve spojení se supravodičem je možné uvěznit jednotlivé elektrony a ovládat jejich spinové stavy. Konkrétně pak kvantové tečky fungují jako qubity. Výsledkem je qubit, který má hodně zajímavé vlastnosti, jako například rychlost ovládání qubitů.
Hybridní qubit Andreevova spinu od QuTech
Kvantový software a algoritmy
Vědci z Foxconn, Insilico, Zapata Computing a University of Toronto publikovali práci, která kombinuje generativní umělou inteligenci (GAN) a kvantové počítání. Kvantové výpočty, konkrétně VQC algoritmus, byly použity jen pro malé molekuly a technicky kvantové výpočty sloužily jako zdroj šumu i diskriminátor pro GAN. Dle publikace kvantově-hybridní GAN překonal klasický GAN prakticky ve všech směrech, hlavně ve vlastnostech generovaných molekul. Ale překonal jej i výkonově. Na co kvantově-hybridní GAN potřebuje 10 učících se parametrů, ten klasický pro stejný výsledek potřebuje desetitisíce.
Společenství firem Classiq, Nvidia a Rolls-Royce provedlo zatím největší simulaci kvantového obvodu na světě. Ten měl šířku 39 qubitů, ale hloubku 10 milionů, tedy až 10 milionů kvantových operací za sebou. To je číslo, kterého na rozdíl od počtu qubitů reálné kvantové počítače ještě dlouho nedosáhnou. Konkrétně se jednalo o CFD (computational fluid dynamics, simulace dynamiky tekutin, kam patří kapaliny i plyny) simulaci pro tryskové motory Rolls-Royce. Role Nvidie byla hardwarová, kdy poskytla GPU NVIDIA Hopper a CPU NVIDIA Grace s vysokorychlostními propojkami mezi procesory a velmi rychlé RAM paměti (600 GB na nod).
Kvantové počítače a tensorové sítě, to je téma posledního příspěvku na blogu Qiskit.
IBM spustilo registraci do své letní online školy Qiskit Global Summer School 2023 s tématem „Theory to Implementation“. Registrace zde. Velice doporučuji hlavně začátečníkům a mírně pokročilým.
Kvantové sítě a komunikace
Vědci z University of Innsbruck byli první, kteří před 25 lety navrhli princip kvantového opakovače. A nyní i jeden takový, který pracuje na vlnové délce optických kabelů pro telekomunikace, postavili. Jen pro připomenutí, fotony při průchodu optickým kabelem čelí exponenciálním ztrátám jako funkce vzdálenosti. To platí i pro klasické optické spoje. Avšak u nich používám zesilovače. To u těch kvantových nelze. Proto je potřeba danou kvantovou informaci z fotonu na chvíli uložit a pak předat novému fotonu, který bude pokračovat dále. Zde použili ionty kalcia právě jako kvantovou paměť. Funkci kvantového opakovače demonstrovali na 50km spoji, kde kvantový opakovač byl přesně uprostřed.
Schéma experimentu s kvantovým opakovačem s kvantovou pamětí na bázi iontů kalcia. Z pohledu kvantové informatiky se jedná o použití kvantového provázání a SWAP operací
Kvantový byznys, investice a granty
Velká Británie vydala národní strategii pro polovodiče, jejímž cílem je snížit závislost na Číně a obecně zabezpečit dodavatelský řetězec. Britové na to připravili miliardu liber. Toto posílení čipové bezpečnosti se bude trochu týkat i kvantových procesorů.
Opět bych vypíchnul jeden názorový článek „How Europe Can Become a Leader in Quantum Technology“.
Quantum Computing Inc (QCi) má zájem koupit společnost millionways, která je lídrem ve vývoji algoritmů umělé inteligence, které se používají k efektivnímu poskytování zpětné vazby uživatelům, pokud jde o jejich emocionální stav a poznatky o osobnosti. Zajímavé spojení.
Intel a japonský RIKEN oznámily spolupráci v oblasti kvantových počítačů. K nim se přidává i Silicon Quantum Computing.
Francouzský startup VeriQloud získal investici 1,9 milionu eur. VeriQloud pracuje na řešeních v oblasti kvantové kryptografie a sítí.
ČLÁNKY DO MAILU