Uplynulý týždeň priniesol vo svete kvantových technológií tri správy, ktoré na prvý pohľad pôsobia nesúvisiaco, no dokopy ukazujú, kam sa odvetvie posúva: od laboratórnych demonštrácií k reálnej infraštruktúre, od teoretickej hrozby ku konkrétnym firemným termínom a od veľkých strojov k jednotlivým atómom, ktoré pomáhajú tie stroje vylepšovať.
Ako sa čínsky fotonický kvantový počítač presunul z laboratória do cloudu
China Telecom podľa serveru Quantum Computing Report uviedol do prevádzky fotonický kvantový počítač Tianyan-P2000 a pripojil ho k svojej cloudovej platforme Tianyan. Firma to prezentuje ako prvú cloudovú infraštruktúru, ktorá ponúka takzvanú kvantovú výhodu súčasne na fotonických aj supravodivých systémoch.
Nový systém vychádza z architektúry Jiuzhang 4.0 vyvinutej na univerzite USTC a dokáže pracovať s 2 682 fotónmi, pričom v demonštračnej úlohe zvládol výpočet za 29 mikrosekúnd úlohu, ktorá by podľa autorov klasickému superpočítaču zabrala miliardy rokov. Kľúčový však nie je samotný rekord v takzvanom boson samplingu, teda špecializovanej úlohe, na ktorej sa kvantová výhoda tradične demonštruje, ale to, že sa táto technológia presúva z laboratórneho prototypu do zdieľanej cloudovej služby dostupnej výskumníkom a firmám. China Telecom tak popri fotonickom systéme prevádzkuje aj portfólio supravodivých procesorov (napríklad Tianyan-504) a platforma už podľa neho ponúka aplikácie v oblasti analýzy grafov, vývoja liečiv či strojového videnia aj keď, podobne ako pri iných demonštráciách kvantovej výhody, zatiaľ ide o špecializované úlohy, nie univerzálne kvantové výpočty.
Podobným smerom, teda od prototypu k reálnej infraštruktúre, sa uberá aj americký PsiQuantum, ktorý začal stavať svoje zariadenie v austrálskom Moreton Bay. Na rozdiel od väčšiny oznámení v odbore tentoraz nejde o nový prototyp, ale o výstavbu fyzickej infraštruktúry vrátane rozsiahleho kryogenického systému a zázemia pre desaťtisíce fotonických čipov prepojených optickými vláknami, firma dlhodobo presadzuje stratégiu masívneho škálovania pomocou štandardných polovodičových výrobných procesov namiesto postupného navyšovania počtu qubitov v malých experimentoch.
Prečo Microsoft posúva termín prechodu na postkvantové šifrovanie na rok 2029
Druhou významnou správou je krok Microsoftu, ktorý vo svojom blogpostu oznámil zrýchlenie programu Quantum Safe Program s cieľom previesť kľúčové produkty a služby na postkvantovú kryptografiu už do roku 2029. Ako uvádza Mark Russinovich, technologický riaditeľ Microsoft Azure, plánovanie na postkvantovú kryptografiu sa dlhé roky vnímalo ako vzdialený problém dôležitý, no ešte neaktuálny. Pokroky vo výskume podľa neho tento pohľad menia, keďže kryptograficky relevantné kvantové počítače by mohli prísť skôr, než sa doteraz predpokladalo.
Krok nadväzuje aj na konkrétne vládne opatrenia americký prezidentský výnos z 22. júna 2026 aj francúzske usmernenie, podľa ktorých by mali vysoko rizikové systémy prejsť na kvantovo bezpečnú kryptografiu už do roku 2030. Firma zdôrazňuje, že hlavný problém nespočíva vo výbere nových algoritmov, ale v tom, nájsť úplne všetky miesta, kde je kryptografia zabudovaná od aplikácií, databáz a API cez identitné systémy až po certifikáty, podpisovanie softvéru a hardvér.
Najťažšou časťou pre väčšinu organizácií nie je výber postkvantových algoritmov. Je to pochopenie a aktualizácia toho, kde všade kryptografia už existuje naprieč aplikáciami, sieťami, identitami, certifikátmi a hardvérom. – Mark Russinovich, CTO Microsoft Azure | zdroj: Microsoft Security Blog
Microsoft preto odporúča okamžite začať s inventarizáciou existujúcej kryptografie, prechodom na moderné protokoly ako TLS 1.3 a budovaním takzvanej kryptografickej agility teda schopnosti meniť šifrovacie algoritmy bez nutnosti prestavať celé systémy. Za jeden z hlavných dôvodov na skorý začiatok firma označuje princíp „harvest now, decrypt later“ (zozbieraj teraz, dešifruj neskôr), kedy si útočníci môžu už dnes ukladať zašifrovanú komunikáciu s tým, že ju rozlúštia až vo chvíli, keď na to budú mať dostatočne výkonný kvantový počítač.
Táto téma sa dotýka aj slovenského a českého trhu česká firma Wultra, zameraná na nasadzovanie postkvantového šifrovania, si nedávno vybrala ďalších 160 miliónov korún práve na rozšírenie tejto oblasti podnikania.
Ako pomôže jediný ión berýlia pochopiť, prečo majú kvantové čipy problém so šumom
Treťou správou je výskum tímu okolo profesora Jonathana Homea z ETH Zürich, ktorý podľa The Quantum Insider vyvinul metódu využívajúcu jediný uväznený ión berýlia ako mimoriadne citlivú sondu na mapovanie elektrických a magnetických polí tesne nad povrchom kvantových čipov. Výsledky výskumu vyšli v odbornom časopise Science Advances.
Miniaturizované čipové pasce umožňujú udržať ióny len vlások nad povrchom čipu, čo má výhody, no aj jednu zásadnú nevýhodu rušivé elektromagnetické polia vychádzajúce zo samotného čipu môžu vážne narušiť citlivé kvantové stavy iónov, a teda aj výkon počítača či senzora. Výskumníci preto využili takzvanú Penningovu pascu, teda kombináciu statických elektrických a magnetických polí namiesto bežných vysokofrekvenčných pascí. Tá im umožňuje presúvať ión ľubovoľne v troch rozmeroch nad čipom (do výšky 50 až 450 mikrometrov, na ploche 200 na 200 mikrometrov) a zároveň, vďaka absencii oscilujúcich polí v samotnej pasci, oveľa presnejšie zachytiť aj nepatrné rušivé polia na čipe.
Samotné meranie funguje tak, že výskumníci laserom ochladia zachytený ión berýlia až na najnižší kvantovo-mechanický oscilačný stav, teda prakticky do pokoja, presunú ho na požadované miesto nad čipom a počkajú. Rušivé elektrické polia na čipe ión postupne rozkmitávajú, čo mení jeho kvantový oscilačný stav tú zmenu následne zmerajú pomocou ďalších laserových pulzov a z nej dopočítajú silu rušivého poľa. Týmto spôsobom sa im podarilo v priebehu jednej sekundy merania zachytiť oscilujúce pole s amplitúdou len 10 nanovoltov na meter, čo predstavuje nový rekord citlivosti takéhoto merania.
Viac ako tridsať rokov sa výskumníci snažia zistiť, odkiaľ pochádza elektrický šum tesne pri povrchu čipu. Naša nová metóda teraz umožňuje tieto polia merať veľmi presne, s trojrozmerným priestorovým rozlíšením, a porovnávať výsledky s modelovými výpočtami. – Jonathan Home, Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich | zdroj: The Quantum Insider
Prakticky to výskumníkom umožňuje presnejšie určiť, ktoré materiály alebo výrobné procesy generujú nežiadúci elektromagnetický šum, ktorý obmedzuje koherenciu qubitov teda dobu, počas ktorej si kvantový bit dokáže udržať svoj krehký kvantový stav. Home túto metódu vníma ako ďalší nástroj na charakterizáciu materiálov do budúcnosti: ióny sa dajú použiť na skenovanie rôznych oblastí čipu s rôznymi povrchovými materiálmi, aby sa zistilo, ktorý z nich generuje najmenšie elektrické polia, čím sa dajú optimalizovať aj samotné výrobné procesy čipov.
Prečo tieto tri správy patria k sebe
Na prvý pohľad ide o tri nesúvisiace odvetvia telekomunikačný cloud, podnikovú kybernetickú bezpečnosť a základný fyzikálny výskum. Spája ich však jeden spoločný motív: kvantové technológie prestávajú byť vzdialenou budúcnosťou a menia sa na konkrétnu infraštruktúru, konkrétne firemné termíny a konkrétne inžinierske problémy, ktoré treba vyriešiť skôr, než sa väčšie kvantové počítače stanú realitou. China Telecom a PsiQuantum stavajú fyzickú infraštruktúru namiesto ďalších laboratórnych demonštrácií, Microsoft namiesto abstraktnej hrozby stanovuje konkrétny rok, dokedy musí byť pripravený, a tím z ETH Zürich rieši jeden z najstarších praktických problémov, ktorý stojí v ceste väčším a spoľahlivejším kvantovým počítačom totiž odkiaľ presne pochádza šum, ktorý kazí krehké kvantové stavy.
