Российские физики создали первый в мире 51-кубитный квантовый компьютер. Кубитный квантовый компьютер
Пятьдесят кубитов и еще один
В пятницу утром, 14 июля, на Международной конференции по квантовым технологиям Михаил Лукин — сооснователь Российского квантового центра и профессор в Гарвардском университете — рассказал о создании его научной группой полностью программируемого 51-кубитного квантового вычислителя. На первый взгляд, такой результат можно назвать внезапным прорывом в этой области — такие гиганты, как Google и IBM, только подбираются к рубежу 50 кубитов в квантовом компьютере. Буквально вчера на сервере препринтов arXiv.org появилось подробное описание эксперимента. Редакция N + 1 решила разобраться в том, что же все-таки произошло и чего ждать от нового квантового компьютера.
Коротко о квантовых компьютерах — универсальных и неуниверсальных
О квантовых компьютерах мы уже неоднократно писали — это вычислительные устройства, которые используют запутанность, суперпозицию состояний, туннелирование и другие необычные квантовые эффекты для выполнения полезных вычислений. Это помогает гораздо быстрее справляться с такими задачами, в которых надо использовать перебор вариантов, — например, задачи оптимизации. Одновременно с этим квантовые компьютеры позволяют эффективно моделировать квантовые системы — по сути, любое вычисление на квантовом компьютере и есть моделирование системы квантовых объектов. С этим связаны большие надежды химиков-теоретиков: ожидается, что такие системы легко могут вычислять колебательные спектры и другие свойства молекул, упростят дизайн лекарств.
Главный элемент квантового компьютера — кубит, объект, который способен находиться сразу в двух состояниях одновременно. Причем при измерении этого кубита будет с некоторой вероятностью выпадать одно из состояний. Например, в 25 процентах случаев — «ноль», в 75 процентах случаев — «единица». В кубитах на основе сверхпроводящих колец суперпозиция достигается тем, что ток одновременно движется и по, и против часовой стрелки. В устройствах на основе холодных атомов кубиты находятся сразу в двух различных электронных состояниях. Запутанность кубитов определяется тем, ведут ли они себя как единая система, или же могут разбиваться на отдельные независимые состояния.
Операции в квантовых компьютерах — и, более широко, квантовых вычислителях — это изменения состояния (суперпозиции состояний) одного или сразу нескольких кубитов, которая протекает по определенным правилам. Возьмем к примеру, операцию (или, точнее, логический вентиль) управляемого «НЕ» (CNOT). В установке с холодными атомами он реализуется последовательностью лазерных импульсов. Она меняет местами вероятности «нуля» и «единицы» в первом кубите, если второй оказывается «единицей», и оставляет их неизменными, если второй — «ноль». Если управляющий кубит находится в суперпозиции состояний, то CNOT запутывает состояния обоих кубитов.
Универсальные квантовые компьютеры отличаются от неуниверсальных тем, что они могут выполнять любые логические вентили, например, разбивая их на последовательность нескольких основных. Соответственно, универсальные квантовые компьютеры способны исполнять любые квантовые алгоритмы, состоящие из последовательного применения вентилей — сюда входят известные алгоритмы Шора (разложение на простые множители) и Дойча (проверка постоянности неизвестной функции). Неуниверсальные квантовые вычислители ограничены более узким спектром алгоритмов. Например, компьютеры D-wave выполняют только одну операцию — квантовый отжиг.
На что похож 51-кубитный компьютер?
Разберемся с системой, созданной физиками в новой работе. Роль кубитов в ней играют холодные атомы рубидия, захваченные в оптическую ловушку. Сама ловушка представляет собой массив из 101 оптического пинцета (сфокусированного лазерного луча). Атом удерживается пинцетом в равновесном положении за счет градиента электрического поля — он притягивается к области с максимальной напряженностью электрического поля, которая находится в точке фокуса пинцета. Так как все пинцеты выстроены в ряд, все атомы-кубиты компьютера также выстроен в цепочку.
«Ноль» для каждого из атомов рубидия — его основное, невозбужденное состояние. «Единица» — специально подготовленное ридберговское состояние. Это такое возбужденное состояние, в котором внешний электрон рубидия оказывается очень далеко от ядра (на 50-й, 100-й, 1000-й орбитали), но по-прежнему остается с ним связан. Из-за большого радиуса ридберговские атомы начинают взаимодействовать (отталкиваться) на гораздо больших расстояниях, чем обычные. Это отталкивание и позволяет превратить ряд из 51 атома рубидия в цепочку сильно взаимодействующих частиц.
Для управления состояниями кубитов используется отдельная система лазеров, способная возбуждать их в ридберговское состояние. Главная и важнейшая особенность нового вычислителя — возможность напрямую адресоваться к каждому из 51 кубита. Существуют и более сложные ансамбли атомов, в которых наблюдаются запутанные квантовые состояния (недавно мы рассказывали о 16 миллионах атомов, запутанных взаимодействием с одним фотоном), а квантовое моделирование выполняли и на более чем сотне холодных атомов. Но во всех этих случаях у ученых не было возможности точно контролировать систему. Именно поэтому новая система называется полностью программируемым квантовым компьютером.
Что может «посчитать» новый компьютер?
Каждое вычисление на квантовом компьютере — в некотором смысле моделирование реальной квантовой системы. Основная часть новой работы посвящена моделированию хорошо известной квантовой системы — модели Изинга. Она описывает цепочку (в данном случае) частиц с ненулевыми спинами (магнитными моментами), взаимодействующих со своими соседями. Модель Изинга часто привлекают для описания магнетизма и магнитных переходов в твердых телах.
Эксперимент был построен следующим образом. Сначала частицы охлаждали и захватывали в оптические пинцеты. Это вероятностный процесс, поэтому поначалу массив частиц был хаотичным. Затем с помощью последовательности измерений и корректировок создавался бездефектный массив из более чем 50 холодных атомов в основном невозбужденном состоянии. На следующем этапе оптические пинцеты отключали и одновременно с этим включали систему, возбуждавшую атомы в ридберговское состояние. Некоторое время система эволюционировала под действием ван-дер-ваальсовых сил — атомы занимали наиболее «удобные» для них позиции, после чего пинцеты снова включали и изучали результат эволюции.
В зависимости от того, как близко располагались холодные атомы до возбуждающего импульса, физики наблюдали разные результаты эволюции. Это связано с тем, что ридберговские атомы способны подавлять возбуждение соседей до ридберговских состояний (из-за сильного отталкивания). Ученые наблюдали системы, в которых атомы после эволюции оказывались упорядочены так, что между каждой парой соседних ридберговских атомов был строго один, строго два или строго три обычных.
Интересно, что образование очень упорядоченных структур после свободной эволюции происходило с очень большой вероятностью — даже в случае массива из 51 холодного атома.
Чтобы посмотреть, как происходит процесс эволюции, ученые включали пинцеты и «фотографировали» систему в разные моменты времени. Оказалось, что в некоторых случаях эволюция к состоянию равновесия происходила очень медленно: система долгое время колебалась между несколькими состояниями. Этот результат можно подтвердить грубым классическим моделированием, вовлекая в анализ взаимодействия между соседними и следующими за соседними атомами.
Полезно ли это?
Это один из тех случаев, когда квантовое моделирование предсказывает реальный новый эффект. Стоит заметить, что точно смоделировать систему из 51 холодного атома с помощью классического компьютера невозможно. Чтобы только описать все возможные ее состояния потребуется 251 бита оперативной памяти (около петабайта). Подтвердить этот эффект удалось лишь грубым моделированием на классическом компьютере.
Интересно, что ровно обратная ситуация возникает при квантово-химических расчетах — классические компьютеры дают лишь приблизительную оценку свойств для сложных систем, затрачивая на это огромные вычислительные ресурсы. В то же время прямой анализ этих, безусловно, квантовых систем дает точный результат.
А для чего еще он пригодится?
В конце препринта авторы традиционно приводят список областей, в которых может быть полезна новая разработка. Можно перечислить некоторые из них: создание суперпозиций, состоящих из большого количества частиц, исследование топологических состояний в спиновых системах. Физики отдельно отмечают, что алгоритм хорошо подходит для решения задач оптимизации систем, размеры которых заведомо превышают предел досягаемости обычных компьютеров. Эти задачи включают в себя моделирование химических реакций и обучение квантовых нейросетей.
Можно ли считать новый компьютер универсальным? Достиг ли он квантового превосходства?
Созданная Михаилом Лукиным и его коллегами система работает сейчас как квантовый симулятор — она моделирует системы, подобные самой себе. Однако стоит заметить, что на отдельных парах ридберговских атомов физикам уже удавалось создавать логические CNOT-вентили, используемые для создания запутанности. Поэтому можно говорить о том, что в новой системе можно реализовать некоторые простейшие алгоритмы (к примеру, алгоритм Дойча, или алгоритм Шора для очень маленьких чисел). Однако на данном этапе эти алгоритмы не будут полезными.
Михаил Лукин (слева) и Джон Мартинис (справа) — глава группы, разрабатывающей 49-кубитный квантовый компьютер в Google
Российский квантовый центр
В некотором смысле новое устройство уже сейчас способно решать задачи, недоступные для классических компьютеров — его невозможно точно смоделировать обычными компьютерами. Но говорить о полезном квантовом превосходстве, которое уже сейчас пригодится в прикладных задачах, еще рано. Многие ученые отмечают, что гонка за квантовым превосходством сейчас не несет в себе ничего полезного с точки зрения прикладных вычислительных задач.
Стоит заметить, что эксперименты с атомами в оптических решетках уже несколько лет назад превзошли предел досягаемости точного моделирования классическими компьютерами. В них используются десятки связанных между собой частиц. Например, с их помощью моделируют квантовые кооперативные явления, родственные сверхтекучести и сверхпроводимости. Является ли это квантовым превосходством?
Владимир Королёв
nplus1.ru
Зачем нужны кубиты и квантовый компьютер?
Мы стараемся поспевать за волной всеобщего интереса к кубитам и квантовым технологиям, поэтому сегодня расскажем вам о том, зачем вообще нужны эти квантовые биты и что с ними можно делать.
Безусловно, самым важным и очевидным применением кубитам является построение квантового компьютера, пригодного для исполнения широкого спектра квантовых алгоритмов. Подробнее о принципах его работы можно прочитать здесь или здесь, либо дождаться нашей статьи на эту тему. Наиболее известным квантовым алгоритмом является алгоритм Шора, который нацелен на решение задачи разложения чисел на простые множители (задача факторизации, дискретного логарифма). Казалось бы, что в этом сложного и зачем для решения такой задачи нужен квантовый компьютер? Мы все без труда раскладываем на простые множители числа вида 15 = 3*5, 55 = 5*11, 91 = 13*7 и т.д. Но можете ли вы разложить на два простых множителя число 853, или 13297, или 99487? Уже не так просто, правда? Но если написать программу для компьютера, то он довольно быстро найдет исходные множители простым перебором (или другим, более сложным алгоритмом). А если в числе будет не 5 знаков, а, хотя бы, 100? С такой задачей не могут справиться и самые современные компьютеры - на это у них уйдет от нескольких десятков до нескольких миллионов лет в зависимости от длины числа.
Квантовый процессор, на котором был запущен алгоритм Шора.Источник: Martinis group, UCSB
А вот квантовые компьютеры, исполняя алгоритм Шора, должны справляться с этой задачей за считанные секунды. По крайней мере, в теории. На практике удастся проверить только тогда, когда будет создан первый полноценный квантовый компьютер, оперирующий парой тысяч кубитов. Кстати, пару лет назад ученые исполнили алгоритм Шора на квантовом процессоре из 3-х кубитов, подробнее об этом можно почитать здесь (англ.).
Почему же задача факторизации чисел так важна? Дело в том, что многие из современных протоколов, обеспечивающих защищенную передачу данных (например, при совершении банковских операций), используют вычислительную сложность этой задачи для генерации секретного ключа, который применяется для шифрации-дешифрации сообщений. С созданием квантового компьютера эти системы в мгновение ока перестанут быть сколь либо секретными и безопасными. Подробнее об этом можно почитать, например, здесь: https://blog.kaspersky.ru/kvantovye-kompyutery-i-konec-bezopasnosti/1989/
Существуют и другие квантовые алгоритмы, сулящие немалую выгоду в решении сложных для классических компьютеров задач, например, алгоритм Гровера, который легко осуществляет быстрый поиск информации в неупорядоченных базах данных. Кроме того, с помощью квантового компьютера возможно решение многих трудоемких математических задач (задач оптимизации), например, известную задачу коммивояжера.
К задаче коммивояжера.
Не стоит также забывать и об изначальном видении знаменитого физика Ричарда Фейнмана – использовании квантового компьютера для моделирования физической реальности с учетом ее квантовой природы. Это направление сулит большие перспективы, т.к. станет возможным моделировать новые материалы с заданными свойствами или сложные лекарственные соединения в сотни раз быстрее, точнее и дешевле.
Одним из альтернативных направлений использования сверхпродящих кубитов является создание на их основе квантовых метаматериалов – массивов искусственных «атомов», способных особым образом без потерь энергии преломлять проходящее через них электромагнитное излучение. Сверхпроводящие кубиты также являются прекрасным инструментом для высокоточных квантовых измерений и создания так называемой "квантовой оптики на чипе" (где кубиты используются в качестве источников и детекторов единичных фотонов). Об этих двух направлениях мы обязательно поговорим еще, а пока предлагаем посмотреть короткое видео ниже.
P.S. если вам понравилась статья, вступайте в наше сообщество Вконтакте, подписывайтесь на нас и рассказывайте друзьям!
Вконтакте
Google+
Похожее
makeitquantum.ru
Российские физики создали первый в мире 51-кубитный квантовый компьютер. Математика и Computer Science
Возможности квантовых компьютеров зависят от числа кубитов. Уже несколько десятков кубитов могут дать такой выигрыш в вычислительной мощности, который недостижим для классических компьютеров. Сегодня квантовая лаборатория корпорации Google под руководством Джона Мартиниса планирует эксперименты на компьютере с 49 кубитами, IBM уже проводит эксперименты с 17-кубитным устройством. Создание 51-кубитного компьютера — гигантский шаг вперед в этой области.
Ученые из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина, профессора физики из Гарварда и сооснователя Российского квантового центра, использовали кубиты на основе холодных атомов, которые удерживались оптическими «пинцетами» — специальным образом организованными лазерными лучами. Большинство современных квантовых компьютеров использует сверхпроводящие кубиты на основе контактов Джозефсона.
Лукину и его коллегам с помощью своего квантового вычислителя удалось решить задачу моделирования поведения квантовых систем из множества частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров. Более того, в результате им удалось предсказать несколько ранее неизвестных эффектов, которые затем были проверены с помощью обычных компьютеров.
В ближайшее время ученые намерены продолжить эксперименты с квантовым компьютером. Возможно, они попытаются использовать эту систему для проверки алгоритмов квантовой оптимизации, которые позволяют превзойти существующие вычислительные машины.
По словам Лукина, выступившего с докладом на IV Международной конференции по квантовым технологиям в Москве (ICQT-2017) 14 июля, статья с результатами работы принята к публикации и в воскресенье появится на сервере препринтов arXiv. Вечером 14 июля Лукин примет участие в открытой дискуссии на конференции ICQT, которая состоится после публичной лекции Джона Мартиниса.
indicator.ru
Физики создали рекордно сложный 53-кубитный квантовый вычислитель
Атомы-кубиты в оптической ловушке
Hannes Bernien, et al. / Nature, 2017
В новом выпуске журнала Nature вышли сразу две статьи, посвященные рекордно масштабному моделированию квантовых систем с помощью 51- и 53-кубитных квантовых вычислителей. Физикам не только впервые удалось поддерживать в когерентном полностью управляемом состоянии такое большое число кубитов, но и напрямую исследовать многочастичные неравновесные состояния, недоступные для мощностей современных классических компьютеров. В частности, ученым удалось обнаружить необычайно стабильные переходные состояния, не описанные ранее. Подобные вычислители могут показать, как именно возникает сверхпроводимость или магнетизм в материалах. В будущем такие системы могут лечь в основу универсального программируемого квантового компьютера.
Первое исследование проведено под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра и профессора в Гарвардском университете — 51-кубитный вычислитель построен на основе нейтральных атомов в оптической ловушке. Об этой работе мы уже сообщали ранее, но лишь сейчас статья прошла процедуру научного рецензирования и была опубликована. Второе исследование проведено в группе Кристофера Монро в Университете Мэриленда — 53-кубитная система основана на ионах в оптической ловушке.
Свойства и поведение квантовых систем, даже обычных магнитов, невероятно трудно моделировать с помощью классических компьютеров. Это связанно с тем, что квантовые системы одновременно находятся в огромном числе квантовых состояний — и это число быстро (экспоненциально) растет с увеличением количества частиц в системе (например, магнитных атомов). Чтобы успешно предсказывать квантовые явления физики разрабатывают специальные вычислители, в основе которых лежат кубиты — квантовые биты. Эти объекты играют роль квантовых частиц в исследуемой системе — вычислитель воспроизводит условия, в которых находится интересующая нас система и позволяет кубитам свободно эволюционировать в них, повторяя поведение системы. Другими словами, квантовые вычислители — аналоги реальных квантовых систем, будь то сверхпроводники или цепочки спинов в магнитных материалах.
На сегодняшний день существуют вычислители, в состав которых входят более сотни кубитов. Однако возможности контроля над индивидуальными состояниями этих кубитов ограничены — а значит с их помощью можно исследовать только определенный класс систем. Универсальные — в смысле контроля над кубитами — вычислители до сих пор были ограничены 20 кубитами. Новые работы резко увеличивают это число почти в 2,5 раза, что соответствует значительному приросту сложности моделируемых систем (добавление 30 кубитов увеличивает сложность в 230 раз).
Оба эксперимента построены по схожей схеме. Роль кубитов играют либо нейтральные атомы рубидия-87, либо ионы иттербия-171. На первом этапе атомы захватывают в оптическую ловушку, где они удерживаются в электромагнитном поле лазеров. Затем происходит подготовка состояния — частицы с помощью импульсов лазера переводят в нужное энергетическое состояние. Следом происходит «квантовая закалка». Резко изменяется внешняя среда (например, включается магнитное поле или дополнительный лазер), а ловушка отключается. Состояние вычислителя эволюционирует, после чего исследователи смотрят на результат эволюции.
Схема эксперимента в группе Михаила Лукина. Из-за ридберговской блокады возбужденные нейтральные атомы рубидия группируются, размер групп определяется частотой возбуждающего излучения
Hannes Bernien, et al. / Nature, 2017
В группе Михаила Лукина физики таким образом увидели образование ридберговских кристаллов. «Закалка» заключалась в том, что электроны атомов рубидия возбуждали на очень высокий энергетический уровень (70-й). В зависимости от частоты лазера, который возбуждает атомы, наблюдается так называемая ридберговская блокада — если один из атомов перешел в ридберговское состояние, то он мешает сделать то же самое своим ближайшим (или следующим за ближайшими) соседям. В результате в однородной цепочке образуются чередующиеся группы, состоящие из одного, двух, трех или четырех ридберговских атомов.
Ученые детально наблюдали то, как происходит переход в такое «кристаллическое» состояние. В цепочке атомов возникают границы кристаллических участков — доменные стенки, на которых нарушается «правильное чередование» групп ридберговских атомов. Оказывается, что упорядочение в одномерном кристалле достигается гораздо медленнее, чем того можно ожидать из простых моделей: система долгое время «колеблется» между несколькими состояниями.
Группа Кристофера Монро исследовала другое известное явление — перемагничивание цепочки из магнитных моментов. Материалы, такие как магнетит, обладают магнитными свойствами благодаря особым свойствам атомов. Некоторые из них могут вести себя как маленькие магниты, благодаря важному (и, в основном, квантовому) свойству электронов — спину. Если все спины в материале направлены в одну и ту же сторону, то и весь материал тоже ведет себя как магнит — такое состояние называется ферромагнитным упорядочением.
Схема эксперимента группы Кристофера Монро. Спины ионов упорядочивают, затем включают перпендикулярное магнитное поле. Оно вынуждает спины поворачиваться и прецессировать (крутиться вокруг оси, описывая конус). Затем происходит измерение
J. Zhang et al. / Nature, 2017
Ученые создали цепочку из таких сонаправленных спинов, роль которых играли ионы иттербия. Затем в вычислителе включили поперечное магнитное поле и позволили ионам свободно эволюционировать. Магнитное поле вынуждает спины поворачиваться на 90 градусов, а взаимодействие между соседними ионами наоборот — сохраняет направление спинов.
Когда магнитное поле было слабо, направления спинов начинали вращаться вокруг первоначального направления намагничивания. С увеличением поля вращение становилось все сильнее, а в некоторый момент цепочка меняла направление спинов на перпендикулярное — сонаправленное с полем, что и увидели в деталях физики.
Яркие точки — ионы иттербия в состоянии, когда спин направлен вверх. Когда ион иттербия не видно на изображении (после включения магнитного поля), его проекция спина направлен в противоположенную сторону
J. Zhang et al. / Nature, 2017
Важное отличие эксперимента группы Монро в том, что кубиты в цепочке гораздо сильнее взаимодействовали друг с другом, чем нейтральные атомы — силы электростатического отталкивания гораздо сильнее, чем ван-дер-ваальсовы. Благодаря этому в таком вычислителе большую роль играли эффекты дальнего порядка (взаимодействие ионов не только с ближайшими соседями, но и с удаленными кубитами).
Кристофер Монро отмечает, что на базе ионов в оптической ловушке уже были созданы программируемые универсальные квантовые компьютеры — правда, те включали в себя всего пять кубитов. Новую работу можно использовать для создания более сложных устройств. По прогнозам ученых, программируемый универсальный квантовый компьютер, в состав которого входит 50 кубитов и более, достигнет «квантового превосходства» — сможет решать задачи, заведомо недоступные для вычисления на современных суперкомпьютерах. К этим задачам относится как факторизация чисел — разложение их на простые множители, так и различные оптимизационные задачи.
Стоит заметить, что моделирование, проделанное группами Монро и Лукина, уже относится к задачам, которые невозможно точно решить с помощью современных компьютеров — памяти суперкомпьютеров не хватит просто для хранения всех возможных состояний этих квантовых систем.
Владимир Королёв
nplus1.ru
IBM открыла доступ к новому 16-кубитному квантовому процессору
/ фото IBM Research CC
Новый компьютер IBM на 40% мощнее своего 5-кубитного предшественника. Оценка проводилась на основании метрики производительности квантовых вычислений, получившей название «квантовый объем» (Quantum Volume). Она учитывает количество и связность кубитов, а также качество и параллелизм квантовых вычислений.
Квантовые компьютеры оперируют кубитами, работа которых базируется на двух ключевых принципах квантовой физики: суперпозиции и запутанности. Суперпозиция означает, что, в отличие от классических битов, кубиты могут находиться в состояниях 0 и 1 одновременно. Квантовая запутанность же представляет собой явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми.
Это приводит к возникновению так называемого квантового параллелизма, когда операции производятся одновременно с нулем и единицей. В такой системе за один проход можно, например, вычислить сразу три суммы: 0+0, 0+1 и 1+1. Это свойство дает ученым возможность разрабатывать принципиально новые алгоритмы вычислений. К примеру, алгоритм Шора оказался экспоненциально быстрее классических алгоритмов разложения чисел на простые множители, а алгоритм Гровера быстрее находит корни булевых уравнений.
Полезные ссылки по теме:
Поэтому чип от IBM обещает предоставить научному сообществу новые исследовательские возможности. По словам представителей компании, квантовые компьютеры окажут значительное влияние на такие сферы, как машинное обучение и моделирование. Кубиты хранят больше информации, чем биты в классических системах, поэтому дают возможность производить определенные вычисления значительно быстрее.Наиболее перспективным приложением квантовых систем станет область химии. У IBM уже есть методики, позволяющие исследовать симуляцию химических задач с помощью квантовых процессоров. В перспективе компания планирует заняться моделированием сложных молекул и высокоточным предсказанием химических свойств. Квантовые приложения также могут быть использованы для создания новых медикаментов, поскольку смогут моделировать молекулярные и химические реакции.
Параллельно с запуском 16-кубитового компьютера, IBM раскрыла существование еще более мощной системы — прототипа 17-кубитного чипа. Также компания намерена за следующие 5 лет создать 50-кубитную квантовую систему, которая должна будет «обойти» все современные классические компьютеры. Дополнительно IBM собирается объединиться с другими представителями индустрии для работы над созданием приложений, использующих квантовое ускорение.
О компании IBM
IBM — один из крупнейших в мире производителей и поставщиков аппаратного и программного обеспечения, а также ИТ-сервисов и консалтинговых услуг. Компания была основана 16 июня 1911 года. Корпорация IBM ведет свою деятельность практически в каждой стране мира, включая Россию, где компания финансирует научные исследования.P.S. О чем еще мы пишем в нашем блоге:
habr.com
Создан 50-кубитный квантовый компьютер - CNews
50-кубитный прототип
IBM сообщила о создании рабочего прототипа 50-кубитного квантового процессора. Это большой шаг вперед по сравнению с предыдущим достижением компании — 17-кубитным квантовым компьютером, представленным в мае, пишет ресурс Engadget.
В настоящий момент прототип уже проходит тестирование. «Мы все действительно гордимся этим, это чертовски большое дело», — прокомментировал достижение изданию MIT Technology Review директор IBM по разработкам в сфере искусственного интеллекта и квантовых компьютеров Дарио Гил (Dario Gil). В будущем новый компьютер будет доступен пользователям в облаке в рамках проекта IBM Q.
Кроме того, к концу 2017 г. компания планирует сделать доступной для пользователей в облаке 20-кубитную систему. Она позволит осуществлять вычисления при когерентности в 90 микросекунд. Когерентность — это свойство кубитов находиться в нескольких состояниях одновременно, основное свойство квантовых объектов по сравнению с классическими. Чтобы увеличить время когерентности для 20-кубитного процессора в два раза по сравнению с уже доступными пользователям 5- и 16-кубитными моделями, разработчики потратили полгода. На протяжении 2018 г. 20-кубитный компьютер будет дополнительно модифицирован.
Проект IBM Q
В марте 2017 г. IBM запустила проект по созданию первого в мире коммерческого квантового компьютера IBM Q. Компьютер сделали облачным – доступ к нему возможен через IBM Cloud. Инициатива развивается на базе облачной вычислительной платформы IBM Quantum Experience, запущенной в мае 2016 г. в городе Йорктаун Хайтс в США.
Прототип 50-кубитного процессора IBM
Компания сообщает, что за все время существования проекта IBM Q квантовыми вычислениями в облаке успели воспользоваться 60 тыс. пользователей. В общей сложности они осуществили 1,7 млн экспериментов, по результатам которых было опубликовано 35 исследовательских работ. В проекте были зарегистрированы пользователи из 1,5 тыс. университетов, 300 старших школ и 300 частных институтов по всему миру.
В некоторых учебных заведениях опыт знакомства с IBM Q даже стал частью обязательного образовательного курса. «Я использовал опыт работы с IBM Q и QISKit как неотъемлемую часть моих аудиторных занятий по квантовым вычислениям, и я не могу в достаточной мере выразить, как это важно. В предыдущие годы курс был интересен теоретически, но было такое чувство, будто он описывает какое-то далекое будущее», — делится впечатлениями Эндрю Хоук (Andrew Houck), профессор электрической инженерии из Принстонского университета, США. QISKit (Quantum Information Software Kit) — это комплект средств разработки на языке Python для создания квантовых программ.
Сфера применения квантовых вычислений
IBM отмечает, что современные ПК достаточно успешно работают с большими массивами данных, находя в них алгоритмы и отдельные сведения. Но там, где закономерность не прослеживается из-за недостатка информации, или, наоборот, из-за слишком большого ее объема, традиционные компьютеры не могут помочь. Однако с этими задачами могут справиться квантовые вычислительные системы, превосходство которых над традиционными было неоднократно доказано.
В частности, квантовый компьютер можно применить для решения проблем моделирования в области химии, поскольку традиционная техника не может, например, смоделировать квантовые состояния даже простой молекулы из-за их большого количества. У IBM уже есть методики, позволяющие исследовать симуляцию химических задач с помощью квантовых процессоров. В настоящий момент продолжается работа над экспериментальными демонстрациями молекул. В сентябре исследователям IBM удалось с помощью 7-кубитного компьютера смоделировать структуру молекулы гидрида бериллия Beh3. Это самая сложная молекула из всех, которые удалось симулировать до сих пор.
www.cnews.ru
К концу этого года Google планирует показать в работе 49-кубитный квантовый компьютер
Квантовые компьютеры — это устройства, в которых для передачи и обработки данных используются такие явления, как квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. Эксперты утверждают, что при определенном количестве кубитов процессора квантовый компьютер будет превосходить стандартные компьютеры и даже суперкомпьютеры. Правда, для всех типов задач такие компьютеры не годятся, но, например, в криптографии их можно использовать очень продуктивно. На данный момент над созданием квантовых компьютеров работают IBM, Google и некоторые другие компании.
Их интерес к такому типу устройств понятен — ведь квантовые компьютеры, кроме криптографии, можно использовать для работы с любыми многочастичными системами. А это значит, что квантовый компьютер отлично подходит для решения задач ядерных физиков, генетиков, энергетиков, метеорологов, представителей IT сферы и, конечно же, военных. На днях стало известно о том, что корпорация Google уже к концу этого года планирует запустить 49-кубитный квантовый компьютер. Увеличить количество кубитов планируется при помощи новой системы, в составе которой будет работать массив из 7*7 кубитов. Если этот проект удастся реализовать, у Google появится один из наиболее мощных квантовых компьютеров на данный момент, если не самый мощный. Сами представители компании надеются рано или поздно достичь «квантового превосходства». Нет, сотрудники Google не планируют ходить с гордо поднятой головой по улицам городов после создания сверхпроизводительного квантового компьютера (хотя, почему нет?). Квантовым превосходством называют состояние, когда уже ни один традиционный компьютер, даже самый мощный, не сможет соревноваться с квантовым по мощности.
«Мы много лет говорим о том, насколько мощным может быть квантовый процессор, поскольку здесь вступают в действие законы квантовой физики, сейчас мы хотим продемонстрировать это», — заявил представитель команды исследователей Google Джон Мартинис.
В принципе 49 кубитов — это хорошо, но все равно, даже такой мощный квантовый компьютер это все еще лишь начало квантового будущего. К слову, эксперты полагают, что массовое появление квантовых компьютеров означает конец криптографии в том виде, в котором мы ее знаем и понимаем. Достаточно мощная квантовая система (здесь речь идет о процессоре, состоящем из 100 млн кубитов) может подобрать 2000-битный ключ всего за день. Но, конечно, до создания квантовых компьютеров такой мощности еще очень далеко — сейчас кубиты все еще измеряются десятками, даже не сотнями. А выше речь шла о 100 млн. Это достаточно отдаленное будущее.
На Geektimes публиковалась информация о квантовом компьютере D-Wave. Но на самом деле это не полноценный квантовый компьютер, а только лишь установка квантового отжига. По словам Грега Талланта, главы Центра квантовых вычислений компании Lockheed Martin, такая система может решать задачи на базе модели Изинга, она подходит для использования в ограниченном числе проектов.
Ряд специалистов занимается эмуляцией квантовых компьютеров на современных сверх производительных традиционных системах. Классические компьютеры действительно могут работать, эмулируя работу квантовых систем. Но здесь есть ограничения. Например, в апреле суперкомпьютер Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (англ. Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab, LBNL) смог поработать в качестве квантового компьютера с 45 кубитами. Мощность этой системы составила около 29 петафлопс. Ученые считают, что если сравнивать обычные системы с квантовыми, то первые не смогут выйти за рамки 49 кубитов.
Google ранее опробовал в работе квантовые компьютеры на основе массивов из 9*1 кубитов и 2*3 кубитов. Теперь задача — все это масштабировать, чтобы создать действительно мощные квантовые системы. При этом разработчикам удалось добиться нормального хода работы квантового компьютера при условии почти полного отсутствия контроля ошибок системы. Создатели системы обещают, что даже для системы из 50 кубитов не понадобится коррекция ошибок, или она будет минимальной. Правда, пока что это только планы, которые могут и не сбыться.
В Google пока не могут уточнить, какие полезные задачи будет выполнять 50-кубитный квантовых компьютер. Но в том, что системы нового типа будут полезными для всего мира, разработчики квантовых компьютеров не сомневаются.
habr.com
