Navzdory pandemii se vývoj v oblasti kvantových počítačů nezastavil: globální IT giganti
Výzkum a vývoj
Nejrychlejší generátor náhodných čísel
Náhodná čísla jsou klíčovákryptografie a numerické modelování. Tým vědců z ruského kvantového centra společně s kolegy z Oxfordské univerzity, Goldsmiths College a Free University of Berlin oznamuje vývoj ultrarychlého optického zařízení schopného generovat zaručenou náhodnou sekvenci rychlostí 8,05 GB na sekunda, což z něj činí nejrychlejší generátor náhodných čísel k dnešnímu dni. Dříve vytvořené prototypy takových zařízení měly rychlost o několik řádů nižší.
Vyvinutá technologie může tvořit základvýroba komerčních zařízení s širokou škálou aplikací. Samsung tak nedávno představil mobilní telefon s kvantovým generátorem náhodných čísel, což naznačuje poptávku po této technologii na masovém trhu.
Kvantová síť založená na dronech
Zapletené fotony byly dříve úspěšně přeneseny dovzdálenost mezi satelitem a pozemními stanicemi je více než tisíc kilometrů, ale nyní tým vědců z univerzity v Nanjing ukázal, že bezpečnou komunikaci lze navázat pomocí poměrně levného vybavení.
V tomto experimentu byla kvantová síťrealizováno pomocí dvou volně létajících dronů ve vzduchu ve vzdálenosti 400 metrů od sebe a ve vzdálenosti 200 metrů od jejich pozemních přijímacích stanic. Celkově, s přihlédnutím k výšce letů dronů, měl kvantový komunikační kanál vzduchem celkovou délku asi kilometr. Pozemní stanice pro příjem fotonů byly vyzbrojeny dalekohledy s otvorem 26 mm a jednofotonovými přijímači.
Takové řešení umožní kdekoli rychlenasadit zabezpečené provozní komunikační kanály. Do budoucna tým plánuje zvětšit velikost sítě pomocí několika dronů, které mohou přenášet šifrované zprávy nebo data do kvantového počítače na velké vzdálenosti.
Kvantová teleportace
Výzkumný tým složený zzástupci amerických a kanadských univerzit a společností vedených Panayotis Spenzouris (Fermi National Accelerator Laboratory) prokázali stabilní přenos kvantového stavu qubitu na vzdálenost 44 kilometrů.
Kvantová teleportace je pro mnohé nezbytnákvantové informační aplikace, včetně tzv. kvantového internetu. Fermilabův experiment používal konvenční jednofotonové senzory a telekomunikační sítě z optických vláken.
Přesnost přenosu kvantového stavu vexperiment byl 90%, což je považováno za extrémně vysokou hodnotu. V budoucích experimentech se vědci chystají vytvořit nový rekord v rozsahu teleportace a počtu spojených qubitů upgradem systému, který je plánován na druhé čtvrtletí roku 2021. V budoucnu to pomůže provádět distribuované kvantové výpočty, jako jsou klastrové výpočty, ale bez překážky v podobě omezení šířky pásma sítě.
Mřížová chirurgie
Stávající metody kvantové korekce chyb jsou komplikovány skutečností, že jejich implementace vyžaduje stovky nebo dokonce tisíce fyzických qubitů navzájem propojených.
Tým Univerzity v Innsbrucku pod vedenímProfesor Rainer Blatt nejprve oznámil vytvoření dvou samostatných logických qubitů, chráněných před ztrátou kvantové informace, dosažení jejich propojení a přenosu logické informace mezi nimi. Toho bylo dosaženo v kvantovém procesoru založeném na iontových pastích, skládajícím se pouze z deseti fyzických qubitů, a pomocí takzvané mřížkové chirurgie. Tato technika umožňuje logické qubity kombinovat nebo oddělovat prováděním určitých logických operací na části fyzických qubitů, které jsou jejich základem.
Použitá metoda vyžaduje podstatně méněvíce operací k vytvoření zřetězení qubitů než tradiční přístupy a demonstrace těchto operací - základních stavebních kamenů pro kvantové výpočty - je důležitým krokem k praktické implementaci kvantového výpočtu odolného vůči chybám.
Kvantový průmysl
Molekulární srovnání
Farmaceutický průmysl se extrémně zajímá o vznik nových technologií pro výrobu léků, včetně využití kvantového molekulárního modelování a screeningu.
Německý farmaceutický gigant BoehringerIngelheim, známý pro svůj vývoj v oblasti počítačově podporovaného designu léků a modelování silico, spojil své síly s Googlem v oblasti kvantových počítačů.
A švýcarská farmaceutická společnost Rochezahajuje spolupráci s britským Cambridge Quantum Computing, ve kterém budou metody kvantového výpočtu použity k nalezení nových metod léčby nemocí.
Dříve to bylo hlásil, že Američanbiotechnologická společnost Biogen spolupracuje se startupem 1Qbit na pilotním projektu zaměřeném na urychlení objevování léků pomocí kvantových počítačů pro molekulární srovnání. Pomocí kvantového screeningu velkého počtu molekul plánuje najít nové účinné léky na neurodegenerativní onemocnění, jako je roztroušená skleróza, Alzheimerova a Parkinsonova choroba.
Vícefázové toky
Aker BP (velká nezávislá společnost zabývající se průzkumem a těžbou ropy v Evropě – Hi-Tech) a CQC vytvořily algoritmus kvantového strojového učení pro klasifikaci vícefázových toků.
Vícefázové toky v potrubní dopravěvyžadují poměrně pečlivé sledování, sledování, analýzu a správu. Algoritmus umožňuje polynomiální analýzu časového toku a je implementován na kvantovém procesoru IBM.
Klasifikátor testován na datech AkerBP vyžaduje pouze pár qubitů, aby se porovnal výkon klasického podpůrného vektorového stroje (SVM) s nelineárními jádry. Je to jedna z prvních aplikací řešení kvantového strojového učení z doby NISQ v energetickém sektoru.
Díly pro BMW
Německá automobilka zahájila experiment na optimalizaci systému nákupu a dodávek výrobních komponent pomocí kvantového počítače.
Obvykle v rámci výrobního cykluautomobilky zvažují stovky možností dodávek od různých dodavatelů s různými dodacími lhůtami a náklady na díly. Volba optimálního obvodu je skličující výpočetní úkol. BMW plánuje provést první výpočty na počítači Honeywell H0 a později přejít na výkonnější systém H1. Předpokládá se, že výpočetní výhody oproti klasickým výpočetním systémům bude dosaženo za jeden a půl až dva roky.
V říjnu 2020 oznámila další velká automobilka Toyota spuštění podobného projektu optimalizace své logistické sítě.
Rozpouštěcí kryostat
Průkopník v rozpouštěcích kryostatech,Oxford Instruments NanoScience oznámila partnerství se společností Oxford Quantum Circuits, která jako první na světě přijme dodávku chladicího systému nové generace Proteox Cryofree®.
Pro detekci jsou nutné nízké teplotyjemné kvantové efekty skryté hlukem tepelných vibrací, ale účinné chlazení zůstává vážným problémem v mnoha implementacích kvantových systémů.
Nový rozpouštěcí kryostat od Oxford Instrumentsposkytuje vysokou stabilitu regulace teploty v rozsahu mK a podporuje velké množství elektrických připojení, což usnadňuje integraci kvantových procesorů.
Kvantové počítače s iontovými pasti
Startup IonQ oznámil tříletou alianci sQuantum Information Research Support Center (Q Center) je nezávislá organizace založená na univerzitě Sungkyunkwan v Jižní Koreji za účelem vytvoření národního výzkumného ekosystému v oblasti kvantové informační vědy.
Spolupráce vytvoří kvantumpočítače s iontovými pastami IonQ dostupné výzkumníkům a studentům v Jižní Koreji. IonQ považuje high-tech jihokorejský trh za důležitý pro rozšíření své vlastní technologie.
Národní kvantový program v Jižní Koreji byl zahájen v roce 2019 a předpokládá vytvoření pětikbitového kvantového procesoru do pěti let.
Národní kvantové programy
1,8 miliardy eur pro kvantový průmysl
Rozhodnutí oficiálně oznámila Francieinvestovat 1,8 miliardy eur do kvantových technologií. Podle plánu, který představil francouzský prezident Emmanuel Macron, je investice plánována na pět let. Francouzská vláda zvýší financování kvantového průmyslu ze současných 60 milionů eur na 200 milionů eur ročně. Dalších 200 milionů eur přijde z Evropské unie a 550 milionů eur se očekává od soukromého sektoru.
Z těchto fondů:
- přibližně 780 milionů eur bude přiděleno na vytvoření kvantového počítače;
- 250 milionů EUR na kvantové senzory;
- 150 milionů EUR na postkvantovou kryptografii;
- 320 milionů eur na kvantovou komunikaci;
- 300 milionů EUR na související technologie, jako je kryogenika.
Díky tomuto objemu investic se Francie stane společně s USA, Čínou, Indií a Německem jednou z předních zemí investujících do kvantových technologií.
Bavorská kvantová iniciativa
Munich Quantum vznikne v Německuúdolí, na jehož provoz Bavorsko vyčlení celkem 300 milionů eur. V kvantovém údolí bude technologický park s dobře vybavenými čistými prostory, systémy pro výrobu nano- a tenkovrstvých materiálů a také vývojové a testovací laboratoře.
Hlavním úkolem údolí bude vytvořitkvantové počítače, kvantové simulátory pro hledání nových materiálů, výzkum v oblasti kvantové metrologie pro vysoce přesná měření elektrických nebo magnetických polí a kvantová kryptografie.
Všimněte si, že Německo už má největšíEU má národní program pro rozvoj kvantových technologií. V červenci 2020 federální vláda oznámila jeho prodloužení na dalších 10 let s rozpočtem 2 miliardy eur navíc k obecnému kvantovému programu EU.
Modulární přístup
Při vytváření kvantových počítačů jejich klíčkomponenty obvykle navrhuje a vyrábí jedna společnost, což je poměrně nákladné a časově náročné. Aby se urychlil vývoj národního kvantového počítače, několik startupů v Nizozemsku souhlasilo s použitím modulárního přístupu: nezávislé společnosti se zaměří na vývoj určitých prvků kvantového počítače, aby je v budoucnu mohly integrovat do jednoho systému.
Členové nového konsorcia IMPAQT, vytvořenoZa tímto účelem se startupy staly Orange QS – dodavatel integrovaných kvantových systémů, Qblox – dodavatel kvantového řídicího zásobníku, Delft Circuits – vývojář kvantového zařízení pro kryogenní vstup-výstup a Qu&Co – vývojář kvantového algoritmy a software.
Rok 2021 začal pro globální kvantumkomunity jsou co nejaktivnější: veřejné investice do rozvoje vzrostly, zvýšil se počet průmyslových případů i mezinárodního výzkumu. Plnou verzi přehledu naleznete na webových stránkách ruského kvantového centra.
Viz také:
Fyzici vytvořili analogii černé díry a potvrdili Hawkingovu teorii. Kam to vede?
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí
Pro lety na Mars se staví jaderný raketový motor. Jak je to nebezpečné?