Шаг к квантовому превосходству: 49-кубитный квантовый компьютер от Intel. Квантовый компьютер 2018
Квантовый компьютер - 2018, который очень, очень, очень мощный / Научный хит
Компании и университеты во всем мире участвуют в создании квантовых компьютеров, но лидером в этой гонке остается Google. В мае IBM представила квантовый чип с 16 кубитами, который стал сенсацией и планировался к внедрению для квантовых компьютеров общего назначения. Затем вышло интервью с Джоном Мартинисом, главой подразделения Google по квантовым аппаратным средствам, в котором он сообщил, что у Google есть 22-кубитовый чип. Квантовые чипы Google находятся в лаборатории компании в Санта-Барбаре, где их держат в специальных резервуарах, называемых «криостатами». Сжатый гелий и жидкий азот, перекачиваемый из морозильного резервуара, охлаждают внутри криостата до -273,11 °C. Это необходимо для сохранения сверхпроводимости. Такая сложная и дорогая настройка означает, что Google и другие компании, скорее всего, будут продавать квантовые вычисления через облако за немалые деньги Команду по разработке квантовых технологий в Google возглавляет Хартмут Невен, который ранее курировал самые инновационные проекты компании: от программного обеспечения для распознавания лиц до Google Glass. «На этом компьютере вообще нет транзисторов, — говорит Невен. — Это совершенно другой вид — настоящий уроженец мультивселенной». Мощности стандартного и квантового компьютера настолько разнятся, что их с трудом можно сравнить. Так, имея на руках 300-битный классический чип, можно сделать калькулятор или несложный датчик для «умного» дома. Имея 300-кубитный квантовый чип, можно получить устройство с вычислительной мощностью, равной числу, которое записывается в виде двойки с 90 нулями. Это число больше, чем количество атомов во Вселенной. На данный момент команда Невена в Южной Калифорнии готовится к запуску 49-кубитового чипа, который, как они надеются, откроет новый рубеж технологий, после которого компьютеры будут использовать немыслимо сложные естественные законы и перестанут пытаться перевести физический мир в условную бинарную систему. Intel представила новый сверпроводниковый чип, который позволит создать квантовый компьютер. Исследовательские группы компании в США нашли способ производства 17-битовых чипов с особой архитектурой, которая позволяет им работать при более высоких температурах и уменьшает помехи во время передачи данных. когда без квантовых компьютеров невозможно будет жить
Двадцать лет назад квантовые компьютеры считались фантастикой, а скоро они будут удивлять нас не больше, чем обычный ПК. «Я думаю, лет через пять-десять уже во многих областях человеческой деятельности без квантовых технологий обойтись будет невозможно», — говорит профессор Гарварда Михаил Лукин, команда которого в 2017 году создала один из самых мощных квантовых компьютеров.
Михаил Лукин уехал в Америку около четверти века назад. В 1993 году выпускника факультета физической и квантовой электроники МФТИ пригласил в аспирантуру Техасского университета A&M Марлан Скалли, всемирно известный исследователь в сфере квантовой оптики. В Техасе в 1998 году Лукин защитил диссертацию об использовании лазеров для контроля над средой. Но свои главные научные эксперименты Михаил Лукин сделал в следующем десятилетии в Гарвардском университете. Здесь он стал профессором физики, затем — содиректором Гарвардского центра квантовой физики и Центра ультрахолодных атомов.
«Мне очень повезло: в Гарварде я оказался на особых условиях. Обычный постдок (ученый, недавно получивший степень PhD, что примерно соответствует российскому кандидату наук. — РБК) должен работать в одной научной группе и заниматься каким-то конкретным узкоспециализированным проектом. У меня же была полная свобода», — рассказал Лукин журналу РБК.
Лукин говорит, что его и его коллег много раз звали работать на корпорации, включившиеся в гонку по созданию квантового компьютера, но он неизменно отказывается: «Я бы сказал, до сих пор самая креативная деятельность в этой области происходит все-таки в университетах».
В атмосфере «рабочей вседозволенности» в течение последних 16 лет ученый и его группа провели эксперименты, поразившие научный мир: вроде остановки света или создания фотонных молекул — материи, похожей на световые мечи из «Звездных войн» — и временных кристаллов, структур, до этого существовавших только в теории. В течение этих лет он также вынашивал идею эксперимента по квантовым вычислениям, который летом 2017-го года прославил Лукина и его лабораторию на весь мир.
Квантовая информатика
Еще в начале 1990-х годов идею создания квантовых компьютеров даже в научном сообществе никто не воспринимал всерьез, говорит Лукин: «Но потом произошло сразу две, если можно так сказать, революции».
В 1994 году американец Питер Шор разработал квантовый алгоритм факторизации, названный потом его именем. «Умножить два простых числа, даже очень больших — просто, а найти, на какие простые множители делится большое число — очень сложная для компьютера задача. Факторизация лежит в основе всей современной криптографии», — объясняет Лукин.
Обычные компьютеры способны взламывать современные криптографические системы, но у них на это уходит так много ресурсов и времени, что результат оказывается бесполезным. Квантовый же компьютер сможет решать такие задачи практически мгновенно, и алгоритм Шора стал первым доказательством практического смысла создания таких устройств. «Во-вторых, в то же самое время произошли большие сдвиги в экспериментальной физике: ученые научились хорошо охлаждать атомы, изолировать отдельные частицы», — продолжает Лукин.
В том же поворотном для квантовых компьютеров 1994 году вышла научная статья двух европейских физиков, Петера Цоллера и Хуана Игнасио Сирака, в которой они описали квантовый компьютер с использованием ионной ловушки. «Квантовая информатика только зарождалась, у других исследователей были лишь абстрактные идеи квантовых компьютеров, никто всерьез даже не размышлял, можно его сделать или нет. Публикация Цоллера и Сирака изменила все: стало ясно, что построить квантовый компьютер возможно, и даже появилось конкретное предложение как», — вспоминает Лукин.
С авторами статьи Михаил встретился в начале 2000-х: «Они уже были известными людьми, а я — молодым начинающим ученым. Но оказалось, что наши идеи очень похожи. Мы объединили усилия и написали серию статей, в которых теоретически описали идеи, легшие в основу нашей сегодняшней практической работы».
В 2000-х многие научные группы начали проводить эксперименты на сверхпроводниках — материалах, при низких температурах полностью теряющих электрическое сопротивление. Группа Лукина, в свою очередь, решила попробовать сделать упор на «холодных атомах» — частицах, охлажденных практически до абсолютного нуля и помещенных в оптические ловушки, созданные лазерами. При соблюдении необходимых условий их можно использовать в качестве достаточно стабильных квантовых битов (кубитов).
Делать реальный квантовый вычислитель Лукин в середине 2000-х не решился: проект казался слишком рискованным, не хватало технологической базы. Несколько лет его группа в Гарварде изучала другие способы сделать кубиты для квантового компьютера — например, из примесей в алмазе. Из таких исследований появлялись и другие практические проекты: например, бывшие студенты профессора придумали, как из алмазов делать квантовые сенсоры для медицины.
В 2010-х годах квантовые вычисления перестали обсуждать исключительно в лабораториях научных центров — ими всерьез заинтересовались крупные ИТ-компании.
Настоящие квантовые
Несколько лет назад о намерении построить работающие прототипы квантовых компьютеров заявила не только давно изучавшая эту сферу компания IBM, но и ранее не замеченные в ней Google, Intel и Microsoft.При этом канадская компания D-Wave с 2011 года уже выпускает и продает «настоящие квантовые компьютеры» — сначала мощностью 16, затем 28, а спустя пару лет — 512 кубит. Сегодня компания предлагает уже 2000-кубитные компьютеры. У D-Wave серьезный пул покупателей: Google, NASA, Lockheed Martin, Volkswagen Group. Непосвященному человеку может показаться, что квантовое будущее уже наступило — и да, и нет.
D-Wave выпускает так называемые адиабатические компьютеры — для понимания их отличий от полноценных квантовых компьютеров придется прочитать хотя бы краткий курс квантовой физики. В прикладном смысле разница заключается в том, что компьютеры D-Wave способны решать только очень узкий круг задач, связанных с оптимизацией. В Google, например, для компьютера D-Wave подобрали одну задачу, которую адиабатический компьютер решил в миллионы раз быстрее, чем классический. Но извлечь из этого реальную пользу было нельзя, а для решения других задач машина не предназначена.Успехи в области создания «настоящих» квантовых компьютеров скромнее: до последнего времени их мощность не превышала 17–20 кубитов, и Лукин говорит, что пару лет назад не верил в возможность создания устройства большей мощности. Но летом 2017 года группа Лукина сообщила о создании работающего прототипа квантового симулятора на 51 кубит, а буквально через месяц группа профессора Кристофера Монро из Мэрилендского университета заявила о создании симулятора на 53 кубита. Устройства и результаты первых экспериментов, проведенных на них, описаны в статье, опубликованной в журнале Nature в конце ноября.
Атомы в оптических ловушках и сверхпроводники — это сегодня две опережающие все другие технологии создания квантовых компьютеров, рассказал журналу РБК профессор Кристофер Монро. «Оба подхода сейчас находятся на этапе, когда у нас уже есть четкое представление о том, как строить довольно большие устройства, и есть идеи, как их масштабировать, — отметил он. — Сверхпроводники пока что показывают более низкую производительность, но поскольку кубиты здесь печатаются на чипе, их легче масштабировать. С атомами работать проще, потому что каждый атомный кубит идентичен по определению. Существуют и другие, похожие технологии, которые нас догоняют, в том числе нейтральные атомные кубиты, которые делает группа Михаила Лукина».
Гонка за кубитами
Количество кубитов кажется простым и понятным критерием успеха, но в квантовой физике ничего не бывает простым и понятным. Количество кубитов — лишь одна из трех «осей», на которых строится квантовый компьютер, объясняет профессор Лукин. Вторая — когерентность, способность кубитов находиться в состоянии суперпозиции (вспомните про кота Шредингера), быть одновременно и нулем, и единицей — на этом явлении квантовой механики основана вся теория квантовых вычислений.
Этой способностью определяется время, в течение которого машина может работать: чем дольше время когерентности, тем больше вычислений компьютер способен провести. «Если у вас миллион кубитов, но вы на них не можете сделать достаточное число операций, то у вас квантового компьютера не получится. Например, у компьютеров D-Wave каждый из первоначальных кубитов имеет настолько низкую когерентность, что непонятно, есть ли там вообще квантовые свойства или нет», — говорит Лукин.
Наконец, третья «ось» — это степень программируемости, она описывает, сколько задач разного типа с помощью квантового компьютера можно решать, продолжает Лукин. «Наш симулятор обладает достаточно хорошей когерентностью и довольно большим количеством кубитов, но все это есть и у других систем. Что важно — нам удалось сделать систему с высокой степенью программируемости», — утверждает он.
Разница между квантовым симулятором и универсальным квантовым компьютером заключается в том, что первый можно запрограммировать на выполнение только определенного вида задач, объясняет профессор Монро: «Но прелесть в том, что симулятор можно в будущем превратить в универсальный компьютер». Правда, провести четкую грань между ними не всегда возможно, добавляет Лукин.
«Квантовый симулятор, который можно запрограммировать произвольным образом, становится универсальным. Получается, что грань между компьютером и симулятором очень размыта, и сейчас непонятно, можно ли вообще ее определить. Но это нормально, мы сейчас находимся буквально на переднем крае науки, и подобное происходит со всеми новыми явлениями», — объясняет ученый.
Оптимизм без доказательств
Даже ученые пока не берутся очертить весь круг задач, в которых квантовый компьютер будет превосходить обычный. «Алгоритм Шора в некотором смысле уникален, потому что это одна из немногих задач, про которую мы точно знаем, что с ней квантовый компьютер справится лучше обычного, это доказано. Есть множество других очень многообещающих алгоритмов, в том числе для той же комбинаторной оптимизации, для которых пока что нет никаких доказательств», — разводит руками Лукин.
С одной стороны, именно алгоритм Шора и неизбежность квантового взлома криптографических систем защиты информации привлекли в эту сферу большие государственные деньги. Лидирует в этом смысле Китай, который недавно пообещал вложить в строительство нового квантового центра $11,5 млрд. С другой стороны, расшифровка кодов станет пусть важной, но небольшой частью того, что смогут делать квантовые компьютеры, надеется Лукин. «Мне не нравится в алгоритме Шора, что он несет в основном деструктивную силу. Однако я уверен: еще до того как он будет реализован, квантовый компьютер успеет принести много пользы человечеству», — говорит он.
В опубликованной в конце ноября статье в журнале Nature ученые рассказали, что им удалось увидеть образование квантовых кристаллов — материала, который может использоваться для создания квантовой памяти в квантовых компьютерах. «То, что мы сделали, впрямую промоделировать на классических компьютерах невозможно, с этой точки зрения можно сказать, что квантовое превосходство уже продемонстрировано, — говорит Лукин. — Это важно для науки: мы уже вошли в предел, когда квантовые компьютеры начинают приносить пользу».
Считается, что квантовое превосходство будет достигнуто, когда квантовые компьютеры будут справляться с практическими задачами лучше, чем классические суперкомпьютеры. Мощность классических компьютеров постоянно растет, но есть класс задач, справиться с которыми им все равно не хватит ресурса, и это не исправить простым наращиванием вычислительных возможностей, объясняет Лукин. Среди них, например, задачи комбинаторной оптимизации, которые есть в любой области.
«Классический пример — задача коммивояжера. Представим, что «Аэрофлот» хочет оптимизировать маршруты перелетов так, чтобы тратить меньше топлива и при этом покрывать большую территорию и сделать вылеты удобными для пассажиров. Классический компьютер плохо справляется с таким типом задач, они для него слишком сложные, слишком много вариантов ответов. Все, что он может — по очереди перебирать разные варианты, это занимает огромное количество времени и требует больших мощностей», — объясняет Лукин.
Квантовый компьютер способен перебирать эти варианты не последовательно, а параллельно, что фантастически ускоряет процесс расчета — буквально минуты вместо лет. Эффективное решение таких задач чрезвычайно важно для современных областей информатики, например для искусственного интеллекта или машинного обучения, добавляет Лукин.
Среди других возможных применений квантового компьютера физики называют моделирование новых материалов с заданными свойствами и разных химических процессов. «Даже простые химические реакции очень сложно моделировать на классических компьютерах, потому что есть очень много вариантов их протекания, — объясняет Лукин. — Квантовым компьютерам это, вполне вероятно, окажется под силу. А повышение эффективности какой-нибудь химической реакции буквально на пару процентов способно создать новую индустрию». С ним соглашается и Монро: главные перспективы для квантовых вычислений он видит в логистике, создании новых материалов и лекарств в фармацевтике, а также в самой разнообразной оптимизации.
Квантовый интернет
Одна из главных проблем, которую предстоит решить физикам и инженерам, — масштабирование квантовых компьютеров. «Сегодня мы точно не знаем, как масштабировать эти системы за пределами примерно 1 тыс. кубитов. Есть разные идеи, самая многообещающая из них, на мой взгляд, — идея модульной архитектуры, — рассказывает Лукин. — Вместо того чтобы добавлять все больше кубитов в одну машину, мы создаем сеть из квантовых компьютеров. Каждый вычислитель мощностью пару сотен кубитов соединяется во что-то вроде «квантового интернета». Над подобными концепциями сейчас работают несколько групп, в том числе группа Лукина, но все находятся на относительно ранних этапах.
В гарвардской группе Михаила работают около 30 человек, но над квантовым симулятором — гораздо больше: он создавался совместными усилиями трех научных лабораторий. Всего в мире, по словам Лукина, около десяти подобных центров, где идут разработки на переднем крае квантовых технологий. Большинство из них сейчас уходит от чистых физических экспериментов в сторону практических разработок, и все больше растет роль корпораций. «В дополнение к чистой науке сейчас нужно решать и инженерные задачи, которые можно четко поставить, а это гораздо быстрее и эффективнее делается в компаниях, а не в университетах, — говорит Лукин. — Мы уже знаем, как построить достаточно большой квантовый компьютер, теперь нужно сделать так, чтобы система работала не на уровне «разберется только аспирант», а на уровне «пришел, включил, работает». Именно в этом, а еще в поиске практических приложений частные компании очень сильны».
В ближайшие пять лет будет создано множество работающих квантовых машин, уверен Монро. А через десять лет появится полноценный квантовый компьютер, программируемый людьми, которые не знают и не особенно заботятся о том, как он устроен внутри, считает он: «Именно тогда начнется поиск его реальных практических приложений». Сейчас универсальные квантовые компьютеры на несколько десятков кубитов могут работать лишь с искусственно созданными алгоритмами, продолжает Монро: «И это не так уж интересно, потому что такую небольшую систему можно легко смоделировать на обычном компьютере».
Квантовые компьютеры находятся на том же этапе, на котором в свое время были первые классические компьютеры, говорит Лукин: «Об этом часто говорит сам Питер Шор: тогда тоже были какие-то идеи об алгоритмах, которые, может быть, будут эффективно работать, а может, и нет». Когда первые классические компьютеры стали реальными устройствами, ученые и инженеры стали тестировать на них эти алгоритмы, и многие из них оказались очень эффективными, говорит Лукин: «Думаю, то же случится и с квантовыми алгоритмами».
Станет ли квантовый компьютер таким же привычным устройством, каким стал обычный ПК? Пока этого никто не знает, все будет зависеть от конкретных примеров и приложений, которые могут стать частью нашей жизни, отвечает Михаил Лукин. «Кто бы мог подумать даже 20 лет назад, что это будет настоящий компьютер», — заключает он, указывая на лежащий перед ним сотовый телефон.
zelv.ru
Квантовый компьютер вычислит и “вспомнит все” в будущем
Словосочетания квантовый компьютер, “квантовые вычисления”, “квантовый интернет” изо дня в день мелькают в заголовках новостей. Таинственные вычислительные устройства будущего станут альтернативой нынешним, которые работают на пределе возможностей и едва сдерживают нарастающий поток “больших данных”.
Ученые всего мира ставят смелые эксперименты, пытаясь создать сверхбыструю вычислительную машину. При этом умудряются втиснуть в процессор, размером меньше кристалла соли, несколько сотен тысяч транзисторов.
Узнать подробнее
Разработчики представляют первые прототипы. Бизнесмены ломают голову над тем, как на этом заработать. На теме компьютера будущего активно пиарятся политики. Квантовая гонка набирает обороты.
Попробуем разобраться с “компьютерным” трендом. Проникнем в тайну “непослушных” квантов, раскроем загадку квантовых вычислений, окинем взглядом перспективные компании и группы разработчиков, чтобы обозначить “точки входа” для инвесторов.
Суперпозиция, “непослушные” частицы и особые алгоритмы
Идею создать вычислительное устройство, которое работает по законам квантовой механики, в 1980-1981 годах впервые подали советский математик Юрий Манин и американский физик Ричард Фейнман. Последний апеллировал к работам Альберта Эйнштейна и Макса Планка, которые утверждали, что внутри атома частицы пребывают в “подвешенном”, запутанном и неопределимом виде (квантовая запутанность). Фейнман доказывал: раз материя имеет квантовую природу, то и составить ее атомную модель способен лишь компьютер, построенный на технологии квантов. И, действительно, в сложных биосистемах число квантовых состояний так велико, что обычный процессор смоделировать их не может.
Как поясняют физики, все дело в принципе работы. Бит, единица хранения информации в классическом компьютере принимает значение “0” или “1”. Кубит, квантовый бит, находится одновременно там и там. Это объединение называют суперпозицией. В таком состоянии компьютер ускоряется в сотни раз, выполняя миллионы операций за считанные секунды. Одна беда – удержать “непослушные” кванты в суперпозиции не очень просто. При малейшем изменении внешних условий нужное состояние нарушается, данные искажаются или теряются. Проблема коррекции ошибок остается актуальной и ныне.
Узнать подробнее
В 1989 году британский физик Дэвид Дойч разработал концепцию квантового процессора, а спустя 6 лет – универсальный логический блок для вычислений. Для проведения последних, как оказалось, вполне хватает двух основных квантовых операций, с помощью которых легко повторить функции элементов традиционного компьютера. Первая, алгоритм Гровера, представляет собой разложение чисел на простые множители, вторая, алгоритм Шора, – поиск информации в базах данных.
Квантовый компьютер: в погоне за превосходством
В конце ХХ века от квантовой теории перешли к практике: сразу несколько разработчиков представили квантовый компьютер на 1 кубит. В 2000 году ученые Мюнхенского технического университета разработали 5-кубитное устройство.
Год спустя свой 7-кубитный образец начала тестировать команда IBM. Еще 15 лет исследователи провели в лабораториях, укрощая “строптивые” кванты. За это время они успели спроектировать 3 вида устройств.
- Квантовый симулятор. Устройство создают для физического эксперимента, когда нужно изучить квантовую систему. Например, можно смоделировать кубиты, чтобы протестировать алгоритмы для вычислений.
- Квантовый вычислитель (адиабатический компьютер). Устройство производит вычисления способом, который может ускорить квантовая система (аналоговый подход). Адиабатические компьютеры используют нейтральные атомы, фотоны или спины частиц.
- Квантовый компьютер на основе модели “квантового вентиля” (квантовый логический элемент). Устройства Google, IBM и многих других разработчиков способны формировать квантовую схему или сеть, которая напоминает обычную цифровую. Нужные для нее изменения в квантовой системе задают операции, которые выполняются последовательно. На этом строится модель расчетов с “квантовыми вентилями”.
Для создания кубитов ученые изобрели 4 основные технологии.
Процессоры со спиновыми кубитами
Спиновые устройства по своим техническим решениям напоминают чипы в обычных компьютерах.
#1 Университеты США и Нидерландов
В 2012 году разработчики из Делфтского технического университета, Южно-Калифорнийского университета, университета штата Айова и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представили прототип 2-кубитного квантового компьютера. Суперпозицию удерживали импульсами микроволнового излучения. Благодаря этому устройство работало при комнатной температуре. Роль кубитов выполняли направления спина электрона и ядра азота. Спин – внутренняя степень свободы частицы.
#2 Intel и QuTech
Американский tech-гигант Intel планирует применять технологию полупроводниковых спиновых кубитов. Основой для них станут 300-миллиметровые кремниевые пластины. Причина проста – спиновые кубиты очень похожи на обычные транзисторы. Роль последних в классических микросхемах выполняют кристаллы кремния. Поэтому новая технология не потребует больших затрат на внедрение.
В феврале 2018 года голландская компания QuTech в сотрудничестве с Intel представила 2-кубитное устройство на кремниевом чипе. Квантовый компьютер отличается простотой и работает при комнатной температуре.
#3 Rigetti
В марте 2016 года американский стартап Rigetti Computing Inc. из Калифорнии привлек 64 млн долларов для разработки облачного сервиса квантовых вычислений. Основатель и генеральный директор компании Чад Ригетти заявил, что его команда создала 3-кубитный прототип квантовой микросхемы из алюминиевых цепей, установленных на кремниевой пластине. По последним данным, исследователи масштабировали технологию до 19 кубитов.
#4 SQC и CEA
Австралийская государственная компания Silicon Quantum Computing (SQC) и французский научно-исследовательский институт Комиссариат по атомной и альтернативным видам энергии (CEA) учредят совместное предприятие. Вместе они будут разрабатывать технологию квантовых вычислений на кремниевых полупроводниках CMOS.
Узнать подробнее
Фотонные чипы
Изобретатели фотонных устройств умудрились “приручить” и заставить работать на человека самые быстрые частицы.
#1 Университет Мэриленда
В марте 2018 года американские физики из университета Мэриленда изобрели “запчасть” для квантового компьютера – фотонную микросхему. Роль транзисторов в ней играют кристаллы с треугольными отверстиями, которые передают информацию через частицы света, фотоны. В 2017-ом эта же команда создала модель (симулятор) 53-кубитного квантового компьютера на ионах в оптической ловушке.
Узнать подробнее
#2 NTT
В 2017 году японская компания Nippon Telegraph and Telephone Company (NTT) разработала квантовую систему на основе фотонов. В качестве вычислительных узлов выступают зеркала, оптические блоки для сдвига фаз и расщепления лучей. Система работает при комнатной температуре и потребляет столько же электроэнергии, сколько настольный компьютер. Доступ к ней разработчики сделали публичным.
#3 Xanadu
Технологию использования фотонов применяет и канадская компания Xanadu. Она разрабатывает и интегрирует квантовые кремниевые фотонные (по сути, гибридные) чипы в существующую вычислительную технику. Недавно к команде стартапа присоединился легендарный “программист Вселенной”, пионер отрасли квантовых вычислений, американский профессор Сет Ллойд.
Узнать подробнее
#4 КФУ и ККЦ
Физики Казанского федерального университета (КФУ) и Казанского квантового центра (ККЦ) изобрели оптическую квантовую память на фотонном эхе. Они заставили компьютер будущего “помнить все” при работе в микроволновом диапазоне. По эффективности прототип КФУ и ККЦ превзошел все мировые аналоги.
Узнать подробнее
Установки со сверхпроводящими элементами
Сверхпроводники – самая распространенная технология, которая объединила большинство разработчиков.
#1 IBM
Пионер отрасли, американская компания IBM в ноябре 2017 года показала прототип 50-кубитного процессора на сверхпроводящих элементах. Компьютер занимает целую комнату в швейцарской лаборатории (на главном фото). Под металлическим кожухом размещена установка, высотой почти 3 метра, с дорогостоящей и энергозатратной системой охлаждения до сверхнизких температур (условие для поддержания сверхпроводимости). Основой для чипа служит кремний. Всей системой управляет обычный компьютер, поскольку квантовый может производить вычисления очень недолго (до 100 микросекунд) и не в силах сохранить их результаты.
В мае 2016-го компания сделала доступной через облачный сервис свое первое коммерческое 5-кубитное квантовое устройство IBM Q. За первые 1,5 года опробовать его возможности смогли более 60 тысяч человек. Они провели 1,7 млн экспериментов. Позже разработчики открыли доступ к 16- и 20-кубитным компьютерам. Платную подписку на услугу оформили 300 школ, 300 исследовательских центров и 1500 университетов мира.
Компания формирует всемирную квантовую экосистему. В рамках проекта IBM Q она строит коммерческую сеть квантовых вычислений Q Network, где будут доступны 5 устройств. Партнерами программы стали компании JPMorgan Chase, Daimler AG, Samsung и другие. Для коммерциализации технологии создали консорциум исследователей IBM Research Frontiers Institute.
#2 Intel
В январе 2018 года tech-гигант Intel устроил презентацию квантового чипа Tangle Lake на 49 кубитах. Группа озер на Аляске, которым он обязан таким названием, ассоциируется у его разработчиков с низкими температурами и квантовой “запутанностью”. Все логично, ведь контуры из сверхпроводящего металла нуждаются в охлаждении до абсолютного нуля.
В прототипе его создатели улучшили код коррекции ошибок, в сравнении с предыдущим образцом. Они также применили технологию flip chip, чтобы ускорить прохождение сигналов и уменьшить помехи (квантовый шум).
Чтобы избежать ошибок и оптимизировать программное обеспечение, некоторые исследователи используют специальные симуляторы, например, 26-кубитный Quantum Virtual Machine американского стартапа Rigetti Computing. Во всем мире пользуется популярностью разработка французских ученых – Atos Quantum Learning Machine. С ее помощью удалось впервые смоделировать 40 кубитов и пресловутый квантовый шум.
Узнать подробнее
#3 Google
В марте 2018 года в лидеры квантовой гонки вышел американский tech-гигант Google. Известный физик Джон Мартинис разработал для него компактный 72-кубитный процессор Bristlecone (“Остистая сосна”). Чип снабжен технологией коррекции ошибок (их доля – 0,6%).
Впрочем, инженеры компании признали, что этого недостаточно для достижения “квантового превосходства”. Поэтому они адресуют свое детище исследователям, которые могут использовать его как тестовый стенд. Неслучайно Google разрешил специалистам германского автоконцерна Daimler применять его квантовые компьютеры для развития мобильности.
Узнать подробнее
#4 Microsoft Research
Увы, пока корпорация Билла Гейтса плетется в хвосте квантовой гонки. Ее дочерняя компания Microsoft Research еще только приблизилась к созданию квантового суперкомпьютера на фермионе Майораны. Команда исследователей в Делфтском техническом университете (Нидерланды) смогла синтезировать неуловимую частицу-античастицу, которая сочетает свойства полупроводника и сверхпроводника. Авторы научного прорыва почему-то уверены, что кубиты на основе фермиона не будут зависеть от внешних условий, хотя для экспериментов создавали идеальные (сверхнизкая температура и мощное магнитное поле).
Узнать подробнее
#5 Группа ученых из Германии, России и Великобритании
Сверхпроводниковый кубит из нанопроволоки смастерили исследователи Института фотонных технологий и Университета Карлсруэ (Германия), НИТУ “Московский институт стали и сплавов” (МИСиС), Российского квантового центра, Московского физико-технического института (МФТИ) и Сколковского института науки и технологий (Россия), Национальной физической лаборатории в Теддингтоне и Университета Лондона (Великобритания). Эксперты говорят, что изобретение поможет сделать квантовые компьютеры доступными по цене.
Узнать подробнее
#6 Alibaba Group и Китайская академия наук
В марте 2018 года Alibaba Cloud, подразделение Alibaba Group и Китайская академия наук (CAS) через облачный сервис открыли доступ к 11-кубитному квантовому компьютеру на сверхпроводниках. В июле 2015-го те же участники совместно создали первую лабораторию квантовых вычислений в Азии. Спустя 2 года ее сотрудники участвовали в разработке первого в мире фотонного квантового компьютера.
#7 D-Wave Systems
Канадская компания D-Wave Systems с 2007 года производит адиабатический квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах. В 2011-ом она первой коммерциализировала технологию, продав свое 16-кубитное изобретение. В течение следующих 7 лет на рынке появились устройства большей мощности (до 2048 кубитов) по цене 10-15 млн долларов. Среди покупателей – NASA, Google, Lockheed Martin и даже Лос-Аламосская национальная лаборатория Министерства энергетики США.
Вначале эксперты сомневались, что “черные ящики”-шкафы с надписью D-Wave используют квантовые эффекты. Тем более, что кубиты в них оказались собраны в кластеры по 8 штук, как детали какого-нибудь арифмометра, табулятора или механического компьютера. Однако такой аналоговый подход к построению и масштабированию увеличил скорость устройства в 100 млн раз (!) при решении очень узкой задачи.
Речь идет о комбинаторной оптимизации, то есть “задаче коммивояжера”, когда нужно из множества вариантов выбрать оптимальный маршрут с остановками в указанных городах и возвратом в исходный. Решение помогает найти свойство квантовой системы оптимизироваться (перераспределять энергию между кубитами).
Недаром скептики критикуют адиабатические компьютеры за узкую направленность. По их мнению, в отличие от цифровых и гибридных аналогов тут процессоры не перебирают варианты и что-то просчитывают, а просто подчиняются законам квантовой механики. Именно за эту “механичность” их и сравнивают с аналоговыми вычислительными машинами.
Квантовый компьютер на нейтральных ультрахолодных атомах
Компьютеры на ультрахолодных атомах – молодое направление. Некоторые эксперты считают его достаточно перспективным.
Группа Лукина из Гарварда
Профессор Гарвардского университета и сооснователь Российского квантового центра Михаил Лукин в июле 2017 года объявил о том, что его команда создала 51-кубитный квантовый компьютер. Как оказалось, речь идет об адиабатическом устройстве, которое по принципам работы ближе к аналоговым начала ХХ века. Это отличает его от цифровых вычислительных машин современности.
Кубиты в компьютере Лукина построены на нейтральных ультрахолодных атомах или “атомах Ридберга”. Чтобы их получить, частицы рубидия-87 или других щелочных металлов охлаждают до абсолютного нуля и обстреливают лазерами. Атомы при этом увеличиваются в миллион раз и попадают в оптические ловушки. Группа Лукина научилась управлять ими с помощью лазера, чтобы превратить в кубиты для адиабатического компьютера. Результаты вычислений на нем и на классическом совпали. Лукин называет свое детище квантовым симулятором, который способен решать ограниченный круг задач, в отличие от универсального компьютера.
Инвесторы на распутье. Мы на пороге прорыва?
Универсальный квантовый компьютер, способный сделать прорыв в вычислительной отрасли, пока остается целью на будущее и заветной мечтой многих разработчиков. Действующие прототипы могут решать лишь узкие задачи. Коммерциализация квантовых вычислений превратилась в глобальную проблему. Из-за этого у многих инвесторов “компьютер будущего” стал ассоциироваться с головной болью и депрессией. Но так ли все запутано? Может, мы на пороге прорыва?
Эксперты, несмотря ни на что, отвечают: да, на пороге. Больше того, говорят, что через несколько лет квантовый компьютер плотно войдет в нашу жизнь. Это сейчас рынок сложных вычислений оценивают в 10 млрд долларов. Но уже в ближайшие десятилетия квантовые устройства помогут увеличить его в 5-20 раз. Такой прогноз в середине мая 2018 года дали аналитики американской консалтинговой фирмы Boston Consulting Group (BCG).
По мнению старшего партнера BCG Массимо Руссо, в следующие 25 лет компании будут использовать квантовые машины раннего поколения для решения практических задач.
«Сейчас мы находимся в точке, эквивалентной стадии раннего развития двоичных вычислительных устройств, когда механические компьютеры, вакуумные трубки и полупроводники соперничали за превосходство. Но квантовые вычисления быстро переходят из исследовательских лабораторий в реальные приложения. В следующем десятилетии они могут стать существенной статьей дохода для компаний», – уверен Руссо.
Среди отраслей, в которых квантовые компьютеры найдут применение, эксперты называют такие.
#1 Химия и фармацевтика
Квантовые процессоры могут моделировать очень сложные взаимодействия между молекулами намного быстрее и эффективнее, чем традиционные компьютеры. Вот почему компьютерами будущего серьезно заинтересовались фармацевтические и химические компании.
Недавно созданный алгоритм Variational quantum enginesolver позволил на 6-кубитном устройстве IBM создать модель самых сложных молекул – гидрида лития и гидрида бериллия. Схема такая: процессор “настраивают”, чтобы он имитировал свойства нужных веществ.
В апреле 2018 года американский стартап Zapata Computing привлек 5,4 млн долларов инвестиций на разработку квантового софта для химической и фармацевтической отраслей. Применить квантовое моделирование для синтеза новых материалов и медицинских препаратов планируют Google, разработчики из России и других стран. Аналитики BCG оценивают потенциал этого рынка в США в 15-30 млрд долларов.
#2 Медицина
Квантовые процессоры хорошо “распутывают” структуру ДНК и моделируют процессы, которые происходят в сложных биосистемах. Поэтому медики обсуждают возможность их использования для диагностики заболеваний на ранних стадиях. Основа для этого есть – во многих клиниках успешно внедряют биорезонансное (электромагнитное) компьютерное диагностирование организма и методы квантовой терапии.
#3 Транспорт и логистика
Как мы помним, адиабатические компьютеры лучше всего справляются с проблемами оптимизации. Германский автоконцерн Volkswagen задействовал квантовый вычислитель D-Wave, чтобы оптимизировать маршруты такси в Пекине. Компьютер решил “задачу коммивояжера” для тысяч автомобилей и разблокировал центр китайской столицы от транспортных заторов. Американская корпорация Lockheed Martin Corporation не первый год применяет квантовые устройства для улучшения движения авиалайнеров и логистики аэропортов.
#4 Финансы
Того самого прорыва с нетерпением ждут финансисты и трейдеры, которые пытаются предсказать колебания рынка с помощью математических инструментов. Неслучайно таких людей называют квантами. По мнению последних, компьютеры будущего позволят выявлять новые стратегии для трейдинга, вести расчеты рисковых моделей и стоимости торговых инструментов в реальном времени.
Специальное программное обеспечение для этого совместно с финансовыми гигантами JPMorgan и Barclays создает IBM. Коммерческий программный пакет для для такого рода квантовых вычислений готовит стартап QC Ware из Калифорнии (США). Разработкой квантового софта для управления активами занимаются инвестиционная компания Nomura Holdings и Университет Тохоку (Япония).
#5 Машинное обучение
Эксперты предсказывают квантовую революцию в машинном обучении. Французский исследователь Поль Лаверн уверен, что компьютеры будущего заставят нейросети очень быстро обрабатывать большие данные. Знаменитый американский футуролог, “человек-прогноз” Рэй Курцвейл рассказал, к чему это приведет: к 2029 году вычислительные устройства станут мыслить как люди.
Узнать подробнее
Но даже сейчас компьютеры учатся видеть и рисовать подобно человеку. Правда, пока получаются у них лишь сюрреалистичные картины.
Узнать подробнее
#6 Криптография и защита данных
Квантовые компьютеры быстро подбирают пароли и коды, одновременно генерируя множество комбинаций. Под угрозой оказались все системы безопасности, банковские и другие сети. Поэтому сейчас в США и других странах на базе блокчейна создают постквантовые криптографические модели. Некоторые разработчики занимаются созданием квантового софта для защиты данных. Недаром американская компания в сфере кибербезопасности Temporal Defence Systems приобрела один из мощных квантовых компьютеров.
#7 Квантовые сети и Интернет
Пока разработки в области передачи данных между квантовыми компьютерами находятся на экспериментальном уровне. Китай, который лидирует в отрасли, построил первую волоконно-оптическую линию квантовой связи Пекин-Шанхай протяженностью 2 тысячи километров. В России затеяли “стройку века” – национальную квантовую сеть проложат на обочинах дорог (длина – 150 тысяч).
Узнать подробнее
Правда, параллельно китайцы в 2016 году начали реализовать идею спутникового квантового Интернета. Они запустили первый квантовый спутник, который отправляет и получает информацию с помощью инфракрасного излучения. Создателям удалось использовать свойство запутанных квантов передавать импульс на огромные расстояния. К 2030 году они надеются покрыть квантовым Интернетом несколько стран.
Резюме. Квантовый компьютер еще какое-то время будет компьютером будущего. Несмотря на успехи разработчиков и презентации первых прототипов, до появления универсального еще очень далеко. Пользоваться нынешними громоздкими устройствами не всегда удобно. Процент ошибок, которые они допускают, еще недопустимо высок. Можно предположить, что квантовая гонка будет продолжаться достаточно долго, пока долгожданная супермашина не станет настольной.
И все же правительства и крупные компании многих стран продолжают вкладывать в тренд миллионы долларов. Все понимают, что польза, которую принесут эти деньги, будет неоценимой. Мгновенное решение сложнейших задач, идеальное шифрование, альтернативный Интернет, проникновение в тайны природы, открытие новых лекарств – возможности компьютера будущего потрясают.
Все это будоражит воображение инвесторов. Многие из них понимают, что вложения в квантовую отрасль могут окупиться очень нескоро, в пределах 20 лет. Поэтому сейчас самые смелые венчурные капиталисты делают ставку на стартапы, которые создают компоненты будущего устройства или софт для него. При этом они хорошо понимают, что не все команды дойдут к финишу квантовой гонки и станут новой Microsoft.
“Сейчас не самое подходящее время, чтобы пойти на все, чтобы вложить в это десятки миллионов долларов. Но это достаточно захватывающе. Все развивается очень хорошо. Мы думаем, что находимся на пороге прорыва, выхода из чистой науки”, – так описал нынешнее состояние отрасли глава квантовой сети IBM Q Network Энтони Аннунциата.
Значит, у тех, кто сомневается, вкладывать ли в квантовый компьютер или подождать, еще есть время. Главное – понимать, что будущее компьютеров не просто стоит за порогом. Оно уже стучит в двери …
Подготовил Станислав Клопот
Расскажите об этом друзьям
Хотите узнать о будущем больше?
Узнайте где деньги будут завтра!
Как современные технологии изменят бизнес? От чего стоит отказываться уже сейчас? Какие бизнес-идеи будут востребованы через 5, 10 и 15 лет? Какие отрасли останутся выгодными и актуальными, а какие умрут?
Заглянуть в будущее
365-invest.com
Intel продвинулась в квантовых и нейроморфных вычислениях
На проходящей в Лас-Вегасе выставке CES 2018 корпорация Intel объявила о важных достижениях в области квантовых и нейроморфных вычислений. Последние представляют собой перспективный тип компьютерной логики и могут принципиально улучшить возможности искусственного интеллекта, а, следовательно, и оказать огромное влияние на многие научные, исследовательские и индустриальные области.
Квантовые вычисления смогут быстро решать специфические задачи, для которых современным суперкомпьютерам требуются месяцы или годы, вроде создания лекарств, финансового моделирования и климатических прогнозов.
Во время основного доклада исполнительный директор Intel Брайан Кржанич (Brian Krzanich) сообщил о выпуске сверхпроводящего квантового чипа под кодовым именем «Tangle Lake», обладающего 49 кубитами, а также пообещал внедрение нейроморфных вычислений, имитирующих работу мозга и способных эффективно обрабатывать структурированные и неструктурированные данные, объём которых экспоненциально растёт. Название процессора происходит от группы озёр в Аляске и указывает на экстремально низкие температуры и переплетение, что необходимо для функционирования квантовых битов.
Старший вице-президент Майк Мейберри (Mike Mayberry) сообщил, что пройдёт ещё 5–7 лет, пока индустрия научится решать технические проблемы и окажется способной создавать чипы с миллионом или больше кубитов для достижения коммерческого успеха технологии. Tangle Lake является важным шагом на этом пути, позволяя исследователям оценивать и улучшать техники коррекции ошибок и моделировать вычислительные задачи.
Продолжая инвестиции в сверхпроводящие кубиты, Intel в стремлении нарастить количество взаимодействующих кубитов ведёт параллельную разработку другого типа — спиновых кубитов (spin qubits) в кремнии. Последние способны иметь принципиальное преимущество будучи гораздо меньше сверхпроводящих кубитов.
Спиновые кубиты схожи с одноэлектронным транзистором, который в свою очередь имеет много общего с традиционными транзисторами, и потенциально могут производиться на близких к современным техпроцессах. Intel уже разработала принципы применения технологии производства 300-мм кремниевых пластин для спиновых кубитов.
Вторым достижением стал созданный Intel Labs полностью функциональный опытный чип «Loihi» в рамках новой парадигмы нейроморфных вычислений, имитирующей базовые операции мозга. Технология Loihi объединяет обучение и логический вывод в одном чипе и обещает экспоненциальный рост производительности и энергоэффективности для искусственного интеллекта.
Как объясняет Intel, нейроморфные процессоры могут быть задействованы в задачах обработки и анализа данных настоящего постоянно изменяющегося окружения. В качестве примера названы камеры наблюдения и городская инфраструктура, приспособленные для информационной поддержки автономных транспортных средств в реальном времени. В первом полугодии Intel планирует передать образцы чипов Loihi в ведущие университеты и исследовательские институты, применив их к более сложным проблемам и наборам данных.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
3dnews.ru
Разработан принципиально новый тип кубита для квантового компьютера
Международная группа ученых, состоящая из российских, британских и германских специалистов в области квантовых технологий, создала революционную технологию кубитов, основанную не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нанопроволоке. О своей работе исследователи поделились в журнале Nature Physics.
В мире пока нет универсальных квантовых компьютеров, способных справляться с любыми задачами, однако разрабатываемые методы и принципы вычислений уже сейчас позволяют решать сверхсложные задачи. Например, с помощью кубитов моделируют химические соединения и материалы, воссоздают механизм процессов фотосинтеза.
На данный момент существует несколько типов кубитов, но у каждого из них имеется недостаток, который снижает эффективность их работы. Например, созданные кубиты, способные работать в оптическом диапазоне, сложно масштабировать, в отличие от кубитов на сверхпроводниках, работающих в радиодиапазоне и основанных на так называемых джозефсоновских переходах. Каждый такой переход представляет собой разрыв сверхпроводника, а точнее, слой диэлектрика, через который туннелируют электроны.
Новый тип кубита основан на эффекте квантового проскальзывания фазы – контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (порядка 4 нм толщиной) нанопроволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление.
Алексей Устинов, являющийся соавтором новой работы, руководителем группы Российского квантового центра, заведующим лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС», а также профессором Института технологий Карлсруэ, отметил, что сейчас удалось создать новый тип сверхпроводящих устройств, во многом аналогичных СКВИДу (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»).
СКВИД представляет собой сверхчувствительный магнитометр, основанный на джозефсоновских переходах и использующийся для измерения слабых магнитных полей. Однако интерференция в новом устройстве вызывается не магнитным полем, а электрическим, которое меняет электрический заряд на островке между двумя нанопроволоками. Эти нанопроволоки играют в устройстве роль джозефсоновских переходов, но при этом не требуют создания разрывов и могут быть изготовлены из одного слоя сверхпроводника.
Алексей Устинов отмечает: в данной работе удалось показать, что эта система может работать как зарядовый интерферометр.
«Если нанопроволоку разбить на два участка и сделать в центре утолщение, то, меняя затвором заряд на этом утолщении, можно фактически делать периодическую модуляцию процесса квантового туннелирования магнитных квантов через проволоку, что в этой работе и наблюдается», — прокомментировал ученый.
Это ключевой момент, доказывающий, что получен управляемый и когерентный эффект и что его можно применять для создания кубитов нового поколения. Также Устинов рассказал, что разработка обладает не меньшей функциональностью, чем предыдущие, но более проста в изготовлении. Новая технология может стать в основе принципа работы всего набора элементов сверхпроводящей электроники.
hi-news.ru
49-кубитный квантовый компьютер от Intel / Блог компании ИТ-ГРАД / Хабр
Об особенностях Tangle Lake и ситуации на рынке квантовых машин расскажем далее.
/ фото Jared Tarbell CC
Квантовый компьютер для хранения информации вместо традиционных битов использует кубиты. Их работа основана на принципах суперпозиции и запутанности. Согласно принципу суперпозиции кубиты могут находиться в состоянии 1 и 0 одновременно, а запутанность позволяет квантовым состояниям объектов зависеть друг от друга. Это позволяет квантовым машинам решать некоторые задачи быстрее, чем классические компьютеры (немного о принципах работы квантовых компьютеров мы писали в наших прошлых материалах: этом и этом).
Физики предположили, что квантовый компьютер с 49-кубитами будет обладать большей производительностью, чем мировые суперкомпьютеры. Однако создание чипов такого класса довольно сложная задача. Кубиты — объекты хрупкие и поддерживать суперпозицию они могут всего несколько наносекунд. При этом колебания температуры или сторонняя молекула могут легко нарушить суперпозицию — произойдет декогеренция.
Чтобы решить эту проблему физики создают коды устойчивые к ошибкам, используют низкие температуры и ловушки Пеннинга, разрабатывают новые алгоритмы и пр. Этим занимаются и в компании Intel.
Особенности чипа Intel
Новый чип Intel назван Tangle Lake в честь группы озёр на Аляске. Название служит отсылкой к низким температурам и «запутанности».Устройство построено на базе предыдущей разработки Intel с 17 сверхпроводящими кубитами. Число 17 было выбрано не случайно: именно столько кубитов нужно, чтобы запустить квантовый код коррекции ошибок, который впервые продемонстрировала команда Google. Tangle Lake стал важным шагом для Intel, потому что 49 кубитов позволили исследователям улучшить код коррекции ошибок.
Кроме того Intel снабдила 49-кубитный чип технологией flip chip, чтобы транслировать сигналы с большей скоростью и меньшим количеством помех при тесном расположении контактов. Архитектура устройства строится с использованием контуров из сверхпроводящего металла, поэтому требует охлаждения до 20 мК. Однако Intel намерена повысить температуру в следующих разработках.
Развитие квантовой экосистемы
Компания Intel активно работает для того, чтобы первой создать рабочую квантовую систему. Майк Мэйберри (Mike Mayberry), глава Intel Labs, считает, что квантовые компьютеры смогут решать прикладные задачи и достигнут коммерческого успеха через 5–7 лет.Поэтому Intel заключила партнерские отношения с QuTech и другими компаниями, чтобы разрабатывать и тестировать различные аппаратные и программно-аппаратные системы для квантовых вычислений. Потребность в большом количестве кубитов побудила компанию дополнительно направить инвестиции на разработку решений на основе спиновых кубитов.
Спиновые состояния электронов и атомных ядер рассматриваются на роль кандидатов в логические состояния кубитов. Спиновые кубиты меньше по размеру, чем сверхпроводящие, а также в теории должны быть более надежными. Поэтому их можно будет масштабировать быстрее и с меньшим количеством ошибок.
В Intel уже знают, как реализовывать спиновые кубиты в кремнии по 300-мм технологии и считают, что технология поможет ускорить разработку полноценной квантовой системы.
Помимо Intel на кремний обратили внимание и австралийские ученые: им удалось разработать концепцию flip-flop-кубитов («кубитов-перевертышей»). Flip-flop-кубиты представляют собой атомы фосфора, помещенные в кремний. Сам кубит состоит из спина электрона и спина атомного ядра фосфора. За счет электрического поля кубит меняет свое состояние: если вектор спина электрона направлен вниз, а атома — вверх, то это ноль, иначе — единица. Поэтому они называются кубиты-перевертыши. Ученые надеются представить систему из 10 flip-flop-кубитов к 2022 году.
Ситуация на рынке
Над квантовыми компьютерами работают и другие компании. Некоторые, например, D-Wave, уже продают готовые решения (однако отметим, что их решение работает по принципу квантового отжига).Там же на CES 2018 команда IBM представила прототип 50-кубитного квантового компьютера, о разработке которого говорилось ещё в ноябре 2017, похожего на стимпанк-люстру. Система занимает 10 квадратных метров, а ее процессор нужно охлаждать до 10 мК, что на 10 мК ближе к абсолютному нулю, по сравнению с разработкой от Intel.
/ фото IBM Research CCМолодая компания Rigetti также стремится к квантовому превосходству: одна из ключевых разработок стартапа — Forest 1.2, которая предоставляет доступ к 26-кубитной виртуальной машине.
Компания ID Quantique предлагает сервисы для защиты данных на основе квантового шифрования, а Qubitekk работает над созданием универсального квантового компьютера — компьютера, который можно будет запрограммировать произвольным образом для решения широкого спектра задач.
P.S. Другие статьи из нашего корпоративного блога:habr.com
В России создадут 50-кубитный квантовый компьютер — Российская газета
МГУ им Ломоносова, Внешэкономбанк, Фонд перспективных исследований, "ВЭБ-инновации" и АНО "Цифровая экономика" подписали соглашение о создании в России 50-кубитного квантового компьютера. Достижение именно этого рубежа должно стать прорывом, так как позволяет достичь так называемого квантового превосходства: по своим вычислительным возможностям он превзойдет самые мощные традиционные компьютеры.
Этот проект означает, что Россия начинает подготовку к квантовой революции, вступает в мировую гонку, где уже обозначились лидеры: Япония, США и Китай. Эти страны ежегодно вкладывают в такие машины сотни миллионов долларов.
Создание квантового компьютера - это прорыв, сравнимый с открытием классических компьютеров
Специалисты единодушны: создание квантового компьютера - это прорыв, сравнимый с открытием классических компьютеров. Сейчас даже трудно оценить все возможные сферы применения. На данный момент наиболее очевидна и привлекательная защита информации. Многие специалисты утверждают, атаки хакеров опаснее атомной бомбы, так как способны проникать в самые разные сферы, в том числе политики, финансов, безопасности и т.д. Квантовые технологии позволяют обеспечить практически абсолютную защиту информации. Дело в особенности самих носителей данных. Это могут быть атомы, фотоны или электроны. Они замечательны тем, что могут быть одновременно в двух информационных состояниях 1 и 0. Таковы законы квантовой механики. И как только хакер попробует вскрыть вашу информацию, вы тут же получите предупреждение о попытке взлома.
Но с другой стороны квантовый компьютер может стать идеальным взломщиком обычных компьютеров собратьев. Ведь квантовая машина может быстро находить закономерности в гигантских наборах данных. Это позволяет рассчитывать огромные числа, в то время как обычные компьютеры будут перебирать их по одному за раз. К примеру, два года потребовалось, чтобы сотни обычных компьютеров, работающих одновременно, смогли разблокировать один пример алгоритма RSA-768, а квантовый компьютер справится с этой задачей за секунду.
По мнению ученых, мы уже в ближайшее время вступим в эпоху медицины, построенной на квантовых вычислениях. Сегодня лекарства создаются на компьютерах, но на это уходит в лучшем случае не менее 10 лет. Ведь надо оценить огромное число вариантов того, как наш организм будет реагировать на новое лекарство. Только квантовый компьютер сможет быстро изучить каждый возможный сценарий взаимодействия с препаратом и дать свое заключение. Эти новые подходы позволят существенно поднять эффективность лекарств.
С нетерпением ждут "квантовый компьютер в мире финансов, где скорость имеет первостепенное значение. Пока многие проблемы финансовой отрасли остаются неразрешенными. Даже суперкомпьютеры не могут хотя бы примерно спрогнозировать будущие финансовые и экономические события. Здесь мощь квантовых технологий поможет кардинально изменить ситуацию.
Квантовый компьютер поможет глубже понять, что такое мозг, сознание, память, по каким законам он работает. Для этого необходимо создать его карту, где около 86 миллиардов нейронов. Задача для традиционных суперкомпьютеров практически нерешаемая. И здесь не обойтись без квантовых вычислений.
Не менее важная задача - создание карты наших белков, которые кодируются ДНК. Это позволит почти с абсолютной точностью моделировать 20 тысяч белков и их взаимодействие с мириадами новых разных препаратов. Анализ таких взаимодействий при помощи квантовых вычислений приведет к созданию новых методов лечения пока неизлечимых заболеваний.
И конечно, квантовые вычисления смогут строить сложнейшие модели взаимодействия молекул, что позволит создавать без проб и ошибок принципиально новые и более эффективные материалы для самых разных экономик. Вполне вероятно, что, наконец, удастся получить сверхпроводники при комнатной температуре, а также принципиально новые источники энергии. Это может впоследствии привести к созданию новых структур, имеющих последствия в сферах энергетики, борьбы с загрязнением и фармацевтических препаратов.
Еще одна сфера для квантовых технологий - космос. Здесь многие задачи требуют анализа огромных наборов данных. Например, чтобы обнаружить едва уловимые перепады тепла в невидимых для нас звездах и, возможно, даже черных дырах. Кроме того, квантовые методы позволят намного точней планировать будущие длительные космические миссии, прогнозировать различные варианты того, что может случиться, и создать план действий на каждый случай.
Что такое квантовый компьютер
Минимальная единица информации классического компьютера бит имеет два базовых состояния: 1 и 0. Их изменения легко контролировать: объекты могут либо находиться в конкретном месте, либо - не находиться. В квантовом компьютере вместо битов используются кубиты (квантовые биты), которые одновременно могут находиться во всевозможных состояниях (в 1 и 0 одновременно). Кубитами могут быть ядро атома, электрон, фотон. За счет этого квантовые компьютеры для определенных классов задач будут в миллионы раз мощнее нынешних.
Кстати
Саму идею использовать квантовые вычисления для математических задач предложил еще в 1980 году советский ученый Юрий Манин, а год спустя принцип построения квантового компьютера сформулировал американец Ричард Фейнман. Но прошли десятилетия, прежде чем появились технологии, способные реализовать их идеи на практике. Дело в том, что они крайне сложны. Для них требуются сверхпроводники, в которых надо держать температуру чуть выше абсолютного нуля. Кроме того, квантовые состояния довольно хрупки, их непросто поддерживать.
На сегодня самый мощный в мире создан в Гарвардском университете группой под руководством выпускника МФТИ Михаила Лукина, он имеет 51 кубит. Сейчас ученые пытаются реализовать на нем принцип абсолютной безопасности информации.
rg.ru
