Физики создали программируемый квантовый компьютер на пяти кубитах. Квантовый компьютер своими руками


Квантовый компьютер всё ещё не выходит, зато получилось много других интересных штук

Михаил Лукин — наш соотечественник и специалист по квантовой физике. В прошлом месяце он впервые за последние 20 лет читал доклад на русском языке, рассказывая в Digital October о сути своей работы.

Михаил занимается квантовыми компьютерами: пока, собственно, компьютер не получается, зато получается много других интересных практических применений среди которых высокоточные сенсоры и сверхточные часы.

Что вообще творится в квантовой физике сейчас?
Чтобы объяснить суть происходящего в этом направлении науки, стоит вспомнить историю лазера. Изначально лазер был изобретён как своеобразная научная игрушка: удивителен, но совершенно не имел практического применения. Лет десять подряд после его изобретения учёные шутили, что это ответ, который ищет свою задачу. Что было после – вы знаете: задач нашлось целое море, причём одна из самых больших – это передача данных по оптоволоконным системам, составляющим, по сути, физическую сущность Интернета.

В настоящий момент у квантовых физиков есть несколько подобных «игрушек», каждая из которых является достаточно интересной вещью с точки зрения фундаментальной науки, но пока не имеет ярко выраженного практического применения. Вот пример: сейчас нужно около 1000-2000 атомов, чтобы закодировать один бит. По закону Мура через 10 лет потребуется всего один атом для кодирования такого же объёма информации. Классическая природа отойдёт в сторонку и за дело примутся квантовые физики, которые уже с нетерпением смотрят на возможные инвестиции оценивают перспективы.

Может ли отдельный атом хранить информацию? В теории – да. Ядро и электрон вроде бы отдельные части, всё, по идее, похоже на старые принципы хранения данных на жестких дисках, но просто лежит уровнем ниже… но в квантовом мире перенос обычных процессов не работает. По сути, мы упираемся в фундаментальный предел.

Волшебное слово «невозможно»
Если хранить данные классическим образом не выходит, нужны новые механики. Именно ими занимается Михаил и группа его коллег. Понимание того, что нужны новые процессы обработки данных, открывает новые перспективы:Электроны и ядра имеют маленький магнитный момент – спин. Можно представить, что электрон или ядро крутиться вокруг своей оси и из-за этого вращения у него появляется некая полярность, у него появляется магнитный момент. Этот магнитный момент можно рассматривать как некую магнитную память. В этом случае единичку можно закодировать в магнитик, который будет смотреть вверх, а нолик – в магнитик, который будет смотреть вниз. Вот, это самое простое свойство позволяет нам закодировать классический бит информации. Оказывается, что это магнитное свойство частиц, оно, как бы, квантовый объект. Квантовые законы описывают поведение частиц на таких маленьких размерах. Оказывается, что мы не только можем записать ноль и единичку, также мы можем записать то, что между ними, то есть мы можем записать так называемую суперпозицию (комбинацию) 0 и 1. Это можно себе представить, как магнитик, который будет повернут не наверх или вниз, а как магнитик, который повернут куда-то в сторону. Это очень важное свойство квантовых систем, которое позволяет закодировать не просто классический бит, а, так называемый, квантовый бит информации.

Если приложить законы квантовой механики, например, к столу к этому, то, в принципе, по этим законам, возможно, создать состояние этого стола такое, что он будет находиться у меня в Кембридже и одновременно в Москве в Digital October.

Упрощая, один квантовый объект (подобно кошке Шредингера) может отдавать два разных набора данных в один момент времени. Это открывает возможности не только для построения накопителей нового типа, но и позволяет использовать квантовые объекты для создания процессоров нового типа. Возможно закодировать сразу несколько возможных состояний в один бит позволяет перерабатывать информацию с очень высокой степенью распареллеливания. Эта идея квантового ускорения, которая является главной идеей в развитии квантовых компьютеров.

Главная проблема на текущий момент с квантовыми компьютерами — эти ячейки просто адски чувствительны ко внешним возбуждениям. Соответственно, пока одна группа учёных пытается как-то стабилизировать микромир, вторая группа использует эти свойства и делает сенсор нового поколения, превосходящей по чувствительности всё то, что было возможно в мире масштабов сотен и тысяч атомов.

И что со всем этим делать?
Теперь самое главное: как можно записывать информацию, считывать, каким образом перерабатывать информацию, сохраненную в отдельных атомах? Здесь используется пересечение лазерных технологий и резонансных методов (тех самых, которые используются при обследовании мозга в больницах). Первые исследования в этой сфере начались ещё в СССР, в частности, Владленом Летоховым, идеи которого определяют развитие науки до сих пор. В частности, он был изобретателем лазерного охлаждения: он придумал как использовать лазер для движения, детектирования и охлаждения атомов. Сейчас системы, в которых отдельные ионы сохраняются в вакуумной трубке в электромагнитных ловушках — одни из наиболее вероятных платформ для реализации квантовых компьютеров.

Владлен Летохов

Уже есть относительно большие по современным меркам квантовые компьютеры (прототипы), которые имеют 4 кубита и могут производить разнообразные вычисления. Уже понятно, что на основе этих исследований можно говорить о революции в области сенсоров, появлении контролируемых квантовых материалах, сверхбыстрой передаче данных и криптосистемах нового поколения. Можно ли будет собрать квантовый компьютер в реальности? Пока учёные просто не знают ответ на этот вопрос, но попытки продолжаются уже лет 15 – и если получится не компьютер, то ответы к другим задачам — точно.

Например, квантовые сенсоры и атомные часы – это темы, которые уже сейчас разрабатываются с огромным прикладным уклоном. Например, атомные часы являются ключевым звеном и сети GPS и ГЛОНАСС. Самые точные атомные часы используют квантовые биты, которые закодированы в охлажденных ионах – аккурат такие, которые используют сейчас при создании квантового компьютера. Стоит улучшить точность на порядок – и появится возможность точной навигации, например – автотранспорта без водителей. Это пример глобальных последствий маленького научного достижения. Таких примеров сотни.

Какие есть проблемы?
Их сейчас две. Первая — экзотичность компьютеров. С увеличением размеров системы от прототипа до более-менее практически-допустимой схемы, всё становится сложнее: например, с вакуумными трубками возникает проблема одновременной изоляции и контроля, что нужно решать. Вторая проблема — это вопрос того, что делать с квантовыми компьютерами на практике: текущий уровень разработок предполагает очень серьёзную нестабильность, практически исключающую сколько-нибудь практическое применение за стенами лаборатории. Как и лазер в начале, это пока просто игрушка, которая обещает стать чем-то очень серьёзным.

Отчасти задача решается. Михаил Лукин со своей командой смог создать квантовый бит, который использует спин отдельного ядра и работает при комнатной температуре. При этом состояние сохраняется макроскопически долгое время (дольше 1 секунды) — по меркам квантовой физики это всё равно что сто лет. Основная идея этой работы – использовать отдельные атомы, которые вживляются в алмазные образцы.

Почему алмаз?
Во-первых, он твёрдый. Во-вторых — уникальный полупроводник с большой шириной запрещенной зоны. Алмаз также очень хороший теплопроводник. В экспериментах используется два разных типа алмаза: выращенный кубик макроскопических размеров (много таких объектов – алмазная пыль). Они получаются очень чистыми, практически без примесей. Если добавить примесь, то она может, по существу, быть сравнима с отдельным изолированным атомом, таким, каким является отдельный ион в вакуумной трубке. Здесь разница в том, что атом сохраняется в твердотельной матрице даже при комнатных температурах. Используется атом азота, который замещает атом углерода в центре матрицы. Оказывается, что энергетически выгодно иметь пустое место: это одна из немногих примесей в алмазе и она имеет свойства, очень похожие на свойства иона.

Почему? Потому что эта примесь излучает свет. Что показано тут – это чистый алмаз, в котором отдельные атомы светятся. У него тоже есть вот этот спин. Есть магнитный момент, про который я говорил уже раньше, в который можно закодировать магнитную квантовую информацию. Эти примеси можно создавать, начиная с чистого алмаза просто бомбардируя его ионами азота. Это пример такой, где сделано некое упорядочивание и образец, созданный на этом Nitrogen-Vacancy color center.

Нанокристаллы алмаза

То есть чтобы создать ядерный кубит, используется ядро из изотопов углерода. Алмазная решетка состоит из 2 изотопов углерода с атомными номерами 12 и 13. Только один из них имеет магнитный момент, только один из них имеет спин, и его можно использовать как кубит.

Выращивается образец, который состоит, практически, исключительно из изотопа с атомным весом 12, и после этого он используется чтобы измерять отдельные ядерные магнитные моменты. Лазер фокусируется его на одном из его центров, затем замеряется количество испускаемого света, чтобы измерить соседние ядра. Количество света прыгает между 2 разными уровнями. Каждый из этих уровней соответствует определенной ориентации ядерного магнитного момента. Именно эта дискретность уровня света показывают, что эта система – квантовая система. Итак, у нас есть стабильная модель квантовой системы.

Одна квантовая система может жить в одном состоянии целые минуты. Для того чтобы действительно сделать эту систему кубитом, нам нужно обеспечить суперпозицию состояний. Недавние измерения показывают нам, что можно сохранять эту квантовую память на протяжении нескольких секунд. Это очень важно: обычный кубит живёт от миллионной до миллиардной доли секунды. Михаил считает, что время жизни можно будет удлинить до минут, а может быть даже до часов.

На стенде – круто, на бумаге тоже, но что дальше?
Кубитами могут быть отдельные атомы азота. В алмазе они могут взаимодействовать между собой. Михаил пытается увеличить количество кубитов, чтобы создать новый процесс. Второй вариант развития событий — разработки квантового интернета, фотоны будут использоваться для передачи информации памяти локальному процессу.

Одно из возможных приложений – это идея Стефана Бизнера, которая начала всю область квантовой информатики. В 69 году он предложил использовать квантовые биты, чтобы сделать, так называемые квантовые деньги. Идея квантовых денег заключается в следующем: если закодировать информацию в квантовом виде, её невозможно скопировать, но измерив правильным образом, можно подтвердить ее достоверность.

Как работают квантовые деньги?
У вас есть банкнота, и в этой банкноте есть несколько квантовых бит. Если кто-то захочет скопировать эту банкноту, ему придется измерить ориентацию всех квантовых битов. Если мы кодируем информацию в суперпозицию состояний, то невозможно понять, какое реальное состояние кубита было закодировано. В то же время банк, который закодировал информацию, знает, какое было направления кодировки и может подтвердить, что это настоящая банкнота.

Это простая идея, но конце 60-х годов никто в неё не верил. Сам Визнер пытался опубликовать статью с описанием этой теории почти 10 лет. Сейчас эта идея – базис для направления работы в плане сохранения и передачи информации.

Ещё приложения?
Исследования показывает, что можно увеличить разрешение томографии до таких пределов, что можно видеть на отдельные атомы или молекулы. Команда Михаила собрала сканирующий сенсор из алмаза. На кончике размещается отдельный атом азота: измеряя свойства этого атома по методике, описанной выше, можно измерить локальное магнитное поле. В частности, в этом эксперименте было измерено магнитное поле, которое создается классическим жестким диском с разрешением порядка 3 нм. Более того, оказывается, что такие эксперименты можно делать даже внутри живущих организмов: можно измерять магнитные поля и делать магнитную томографию живых клеток с просто невероятным разрешением. Это, кстати, очень важно, например, для понимания работы мозга.
Есть другие группы, работающие в этом направлении?
Да, в России есть Scontel, плюс Михаил знает ещё как минимум команду, которая пытается сделать квантовый компьютер.
Ссылки

habr.com

Почему так сложно создать квантовый компьютер?

Изобретению квантовых компьютеров частенько предсказывают прорыв, аналогичный прорывам при изобретении колеса, покорении огня или создании хорошо знакомых нам компьютеров. Но пока с этой задачей в полном масштабе никто справиться не сумел. В чем же основная загвоздка и зачем нам квантовые компьютеры? Сегодня Onliner.by объясняет суть компьютеров будущего, а помогает нам в этом заместитель заведующего Центром квантовой оптики и информатики Института физики НАН Беларуси член-корреспондент Дмитрий Могилевцев.

Почему за квантовым компьютером будущее?

Зачем вести разработки по созданию квантовых компьютеров? Чем нас не устраивают нынешние, которые постоянно прогрессируют в своей мощности? Теоретически квантовые компьютеры способны быстро решать задачи, на которые даже у суперкомпьютеров уйдут тысячелетия.

— Но есть нюанс. Пока квантовый компьютер дает выгоду только для определенного круга задач. Сейчас они и строятся под такие задачи. Поиск дающих выгоду квантовых алгоритмов — это сама по себе отдельная дисциплина, — рассказывает Дмитрий Могилевцев. — Бум квантовых компьютеров начался с того, что американец Питер Шор предложил с их помощью решать очень важную с практической точки зрения задачу факторизации. Она имеет огромное значение в криптографии.

Перемножить целые числа — это просто, а вот узнать, на какие простые множители разлагается число — крайне трудная задача для классического компьютера. 15 факторизуется на простые числа 3 и 5. Но что если число очень большое и состоит из тысяч цифр?

В теории на классическом компьютере такую задачу разрешить можно, однако на практике это потребует много времени. Увеличивается число — временны́е затраты возрастают по экспоненте и быстро выходят на времена, сравнимые с возрастом Вселенной. А алгоритм Шора, используя возможности квантовых компьютеров, способен произвести факторизацию за время, не намного превосходящее время умножения целых чисел.

Например, современный суперкомпьютер, позволяющий делать более десяти в пятнадцатой степени операций в секунду, разложил бы число с пятьюстами знаками за 5 млрд лет. Квантовый компьютер со скоростью всего миллион операций в секунду решил бы ту же задачу за 18 секунд.

Так как факторизация лежит в основе всей современной криптографии, изобретение эффективных квантовых компьютеров поставит под угрозу большинство активно используемых ныне методов шифрования данных. Ведь вся информация, которая нынче передается через сеть, подвергается шифрованию — банковские транзакции, секретная переписка в соцсетях и прочее. Квантовый компьютер сможет подобрать код для расшифровки этих данных в мгновение ока. И тогда не останется ничего тайного.

— Правда, надолго ли — это еще вопрос. Уже сейчас ведутся работы над постквантовым шифрованием, устойчивым к подобному взлому. Хотя эффективность таких систем криптографии пока еще много хуже традиционных.

А еще квантовые компьютеры могут быть очень полезными для моделирования динамики сложных квантовых систем. Именно в этом еще в начале 80-х годов прошлого века видел их выгоду знаменитый физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман. Кстати, сама идея квантовых вычислений предложена известным советским математиком Юрием Маниным в 1980 году.

Что же такое квантовый компьютер?

Это компьютер, использующий вместо классических битов (бинарных переменных, единичек и нулей) кубиты — состояния квантовой системы с двумя уровнями. В отличие от битов, кубиты могут находиться в состоянии 0, 1 и в суперпозиции 0 и 1.

— Помните мысленный эксперимент с котом Шредингера? Пока мы не откроем коробку, кот в ней и «жив», и «мертв» одновременно. Состояние кота в коробке и называется суперпозицией.

Суперпозиция позволяет квантовым компьютерам делать параллельные, а не последовательные вычисления, что на порядок ускоряет работу в определенных алгоритмах. И чем больше в нашем процессоре связанных кубитов, тем больше информационное преимущество квантового компьютера над классическим, тем он потенциально мощнее и быстрее.

— В отличие от классических компьютерных битов и транзисторов, кубиты для своего физического воплощения требуют, как правило, отдельных квантовых систем с дискретными энергетическими уровнями и единичных квантов возбуждений.

Кубиты можно реализовать, например, с охлажденными атомами в ловушках, дефектами в нанокристаллах алмаза или сверхпроводящими контурами. Последние на современном этапе считаются самыми перспективными для построения квантовых компьютеров, поскольку сверхпроводящий контур-кубит, по сути, — объект почти макроскопический, размером в микрометры, доступный для манипуляций и массового изготовления.

Атомы-кубиты в оптической ловушке. Изображение: Hannes Bernien, et al. / Nature, 2017

Сверхпроводящие кубиты можно создавать на основе существующих методов литографии и помещать на чипы, не боясь, что они куда-нибудь сбегут как атомы. Так, в 2015 году Министерство образования и науки РФ сообщало о создании кубитов из четырех джозефсоновских контактов на «петле» размером в один микрон: «Контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных слоем диэлектрика (оксида алюминия) толщиной около 2 нанометров». Для печати кубита использовалась технология электронной и фотолитографии. Процесс этот весьма увлекательный и подробно расписан создателями в их блоге.

Джозефсоновские переходы в сверхпроводящем кубите. Фото: makeitquantum.ru

Существуют ли настоящие квантовые компьютеры?

— Они уже есть, и вполне настоящие. Их покупают и продают. Канадская компания «Ди-вэйв» (D-Wave) с 2011 года продает процессоры на нескольких сотнях и более кубитов. Одним из покупателей является аэрокосмическая корпорация «Локхид Мартин» (Lockheed Martin), приобретшая один из первых 128-кубитных процессоров за $11 млн. В начале прошлого года «Ди-вэйв» выпустила устройство с 2000 кубитов.

Правда, на стол в каждой отдельной семье квантовый компьютер поставить трудно — это ящик трехметровой высоты стоимостью $15 млн, внутри которого холоднее, чем в открытом космосе, нагретом реликтовым излучением до 2,725 Кельвина или -270,425 градусов по Цельсию. [Компьютер D-Wave работает при температуре -273 градуса по Цельсию, тогда как на орбите Земли средняя температура абсолютно черного тела составит +4 градуса — прим. Onliner.by]. И даже если оставить сомнения в истинной квантовости компьютера «Ди-вэйв», выгода от него — лишь для отдельных специализированных задач.

В начале прошлого года D-Wave выпустила устройство с 2000 кубитов, которое работает при температуре −273 градуса по Цельсию

В некоторых случаях речь идет о задачах по оптимизации функции затрат по принципу квантового отжига. Например, компании Google это позволило в одном из таких алгоритмов добиться в 100 млн раз большего быстродействия по сравнению с обычным компьютером.

А летом прошлого года группа физиков под руководством профессора Гарварда и сооснователя Российского квантового центра Михаила Лукина смогла создать 51-кубитный квантовый компьютер для моделирования квантовых систем, то есть квантовый симулятор. «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», — говорил Михаил Лукин в интервью РБК. Квантовый симулятор, по мнению американского ученого Кристофера Монро, это то, что можно запрограммировать под выполнение лишь определенного вида задач и со временем превратить в универсальный квантовый компьютер, когда станет возможно программировать симулятор произвольным образом. Михаил Лукин отмечает, что на данном этапе исследований грань между компьютером и симулятором очень размыта.

Компания Intel в октябре прошлого года объявила о выпуске экспериментального 17-кубитного квантового процессора. Разработчики утверждают, что применили новую архитектуру, которая позволила повысить надежность, улучшить температурные характеристики и изоляцию от помех из-за совместной работы кубитов.

Эволюция оперативной памяти ЭВМ: от ENIAC до первого транзисторного компьютера

Работы ведутся. Как в середине прошлого века ученые предполагали, что на весь мир хватит и пяти компьютеров, так в нынешнем столетии хочется надеяться, что и задач для квантовых компьютеров станет больше, и для их производства найдутся эффективные и масштабируемые технологии. Пока же есть загвоздки.

Что останавливает торжество квантовых компьютеров?

— Конечно, было бы здорово, если бы удалось сделать компактный и дешевый универсальный квантовый процессор, для всякой задачи работающий не хуже классического и пригодный для помещения в смартфон. Но, увы, пока технологические затруднения слишком велики. Квантовость хрупка. Окружающий мир постоянно толкает наше квантовое состояние, и оно размывается.

Представьте, что вы пытаетесь удержать неподвижным маленький шарик в широкой миске, в то время как вас и миску в ваших руках постоянно и быстро толкают в разные стороны. Шарик остается в миске, расстояние от него до ваших глаз более-менее постоянно, но его положение все время меняется, он дрожит и в ваших глазах превращается в расплывчатое пятно.

На научном языке это называется «декогеренцией». Для большого числа кубитов подобный фазовый шум — настоящее бедствие, способное быстро убить все то, что дает преимущество квантовому компьютеру. Он загоняет квантовое состояние в классическое, губит суперпозицию. Нужно изолироваться, не дать окружающему миру толкать наши кубиты. Один из выходов — попросту заморозить окружающее до суперкосмического холода, как в «Ди-вэйв». Оттого и трехметровые габариты, и высокая цена — хотя сам процессор величиной с ноготь.

Но сейчас интенсивно разрабатываются и другие платформы для квантового процессора, например дефекты в нанокристаллах алмаза, которые способны сохранять когерентность при комнатной температуре.

В последние годы в гонку ввязались мировые технологические гиганты, а потому можно ожидать, что в ближайшие десятилетия мы увидим полноценный квантовый компьютер. Если не на своем столе в гостиной, то в университетской лаборатории уж точно.

nig.mirtesen.ru

Видеоновости — Поисковый онлайн видео сервис

Видеоновости — Поисковый онлайн видео сервис

Tired of missing premieres at the cinema because of the frenzied rhythm of life? Tired of the fact that on television, the films are being broadcasted at an inconvenient time for you? In your family, often your relatives divide the remote from the TV? The child asks to see cartoons for children, when you are busy, and on the channels there are no good cartoons? And, in the end, Do you just want to relax after a hard day on the sofa in your home clothes for watching an interesting movie or series?

To do this, it is best to always have a favorite site in your bookmarks, which will become your best friend and helper. And how to choose such a site, when there are so many? - you ask. The best choice for you will be Video-News

Why our resource? Because it combines many positive features that make it universal, convenient and simple. Here is a list of the main advantages of the resource.

  1. Free access. Many sites ask customers to buy a subscription, than our portal does not deal with, because it believes that people should have free access to the Internet in everything. We do not charge viewers for our viewers!

  2. You do not need any registration and SMS for questionable phone numbers. We do not collect confidential information about our users. Everyone has the right to anonymity on the Internet, which we support.

  3. Excellent video quality. We upload content exclusively in HD format, which certainly can please your favorite users. It is much more pleasant to watch a good movie with a quality picture than with a picture of poor quality.

  4. A huge choice. Here you will find a video for every taste. Even the most inveterate moviegoer will always find what to see from us. For children there are cartoons in good quality, cognitive programs about animals and nature . Men will find interesting channels for themselves about news, sports, cars, as well as about science and technology. And for our beloved women, we picked up a channel about fashion and style, about celebrities, and of course music videos. Having arranged an evening with your family, or with friends, you can pick up a merry family comedy. A loving couple to luxuriate in watching a love melodrama. After a day of work, a thrilling series or a detective helps to relax. Movies in HD format of the new time and past years are presented to absolutely any taste and can satisfy the needs of any viewer.

  5. Ability to download video. Absolutely any material on the site can be downloaded to your computer or USB flash drive. If suddenly you are going to a dacha with a laptop where there is no internet, or you want to watch a movie on a big screen of the TV, you can always download in advance, and then look at the right time. In this case, you do not have to wait for your turn to download the video, as it happens on torrents or other similar sites.

  6. Security. We monitor the cleanliness of the content, every file is checked before uploading. Therefore, there are no viruses and spyware on our site, and we carefully monitor this.

  7. New. We regularly update and add new animations, serials, TV shows, music videos, news, reviews, animated series, etc. to the portal. and all this you can see for free, without registration and SMS. We are trying for you, for our favorite visitors.

  8. Online browsing. On our site, it is not necessary to first download a movie to view it, simply turn it on and enjoy it. Thanks to the professional setup, there will be no braking, and nothing can stop you from watching an interesting movie.

  9. Bookmark. On the site you can click a button with an asterisk to poison the video in the bookmarks and return to it later. Everyone, for certain, happened that he saw on the site an interesting video that you want to see, but right now there is no possibility. This button will help you with this and, having freed yourself, you can easily see what you like.

  10. User-friendly interface. Finding the right video will not take you long, as the site is best adapted to users, and everything is intuitively understandable. Even a child will be able to understand and include for himself a cartoon or some program about animals, nature.

Cinema as art appeared relatively recently, but already managed to closely intertwine with our lives. A lot of people because of the haste of our time for years did not go to the theater, to the gallery or museums. However, it is difficult to imagine a person who did not watch the series or the film for at least a month. Cinema is a synthesis of theater, music, fine arts and literature. Thus, it gives even the most busy person, who does not have time to go to theaters and galleries, to be closer to art and to improve spiritually.

The cinema also occupied the sphere of public entertainment. Watch comedies, fighters, westerns, etc. perfectly fits into any some evening with my family. Horrors perfectly tickle the nerves of even the most fearless person. Cartoons adore children, and some can be viewed by the whole family. Cognitive videos help to expand knowledge, look at the world wider and satisfy your own natural curiosity.

A man in the twenty-first century can no longer imagine his life without the technology of the future, it seems that in the future, machines, robots and technics can replace a person, or rather perform many automatic works, so everyone wants to see what technologies will be in the future. On site you do not need to postpone the scan, just add the video to the bookmarks and at any time you can return to it and have a great time watching the quality video.

Do not deny yourself the pleasure, start watching right now! Meet the updates, with new items, choose what you would like to see later. Pleasure yourself and your family with interesting films in good quality!

videonews.guru

Создан «кубит-рекордсмен» для домашних квантовых компьютеров

Абсолютный рекорд времени пребывания кубита в стабильном состоянии в течение 38 минут при комнатной температуре был установлен европейскими и канадскими физиками. Это стало возможным благодаря найденной системе, в которой практически не существует шума, что позволило создать высокопроизводительные кубиты. Созданный новый тип кубита, открывает возможность создавать квантовые компьютеры, способные работать в «домашних условиях».

В статье журнала Science сообщается, что в своем последнем эксперименте ученым удалось зафиксировать время жизни кубита, превышающее в 10 раз то, которое было достигнуто в предыдущих опытах, в которых жизнь кубита обычно ограничивалась двумя секундами или меньшим временем. Пока такие кубиты нельзя «считывать» или «записывать» при комнатной температуре, однако ученые уверены, что им удастся сделать это в ближайшем будущем.

Стэфани Симмонс из Оксфордского университета и ее коллеги создали «кубит-рекордсмен», экспериментируя с квантовыми ячейками памяти на базе атомов фосфора, «приклеенных» к пластинке из чистого кремния. Как правило, все опыты с кубитами проводятся при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю. Авторы статьи решили проверить, как изобретенные ими кубиты поведут себя в комнатных условиях. К их удивлению, они не потеряли свое содержимое при «разморозке» и продолжали сохранять работоспособное состояние на протяжении еще 38 минут.

«Для кого-то 38 минут могут показаться совсем небольшой цифрой, однако за время снижения стабильности кубита на один процент мы можем совершить свыше 20 миллионов операций. Поэтому открытие столь стабильного кубита может помочь нам создать квантовый компьютер», — заявила Стэфани Симмонс.

«Теперь нам нужно заставить такие кубиты «общаться друг с другом», что является последней ключевой проблемой на пути создания квантового компьютера, — заявила Стэфани Симмонс.

Известно, что кубиты могут быть связаны друг с другом, то есть на них может быть наложена ненаблюдаемая связь, выражающаяся в том, что при всяком изменении над одним из нескольких кубитов остальные меняются согласованно с ним. Иными словами, совокупность запутанных между собой кубитов может интерпретироваться, как заполненный квантовый регистр. Как и отдельный кубит, квантовый регистр гораздо информативнее классического регистра битов. Он может не только находиться во всевозможных комбинациях составляющих его битов, но и реализовывать всевозможные тонкие зависимости между ними.

Несмотря на то, что мы сами не можем непосредственно наблюдать состояние кубитов и квантовых регистров во всей полноте, между собой они могут обмениваться своим состоянием и могут его преобразовывать. Тогда есть возможность создать компьютер, способный к параллельным вычислениям на уровне своего физического устройства, и проблемой остаётся лишь прочитать конечный результат вычислений.

hi-news.ru

Почему нас должны волновать квантовые компьютеры?

Даже если слово «квантовый» не пугает вас, квантовые компьютеры все еще остаются скорее причудливыми концепциями научной фантастики, нежели реальностью. Однако последние достижения в этой области предполагают, что эти безумно быстрые компьютеры могут появиться раньше, чем мы думаем. И у нас есть много причин волноваться по поводу их прибытия.

Рэй Джонсон, член совета директоров стартапа квантовых вычислений QxBranch, одной из многих компаний, которые работают над перемещением квантовых компьютеров из лабораторий в реальный мир, рассказал об этих причинах в интервью Business Insider.

Соблазном квантовых компьютеров является их способность решать почти неразрешимые проблемы — настолько сложные проблемы, что для их решения современным компьютерам потребовались бы десятилетия. В теории квантовый компьютер сможет решить эти вопросы, пока вы пьете утренний кофе.

«Неразрешимые» проблемы

Обычные компьютеры, которые мы используем каждый день, используют«биты» для хранения информации — 1 и 0 — и строки из этих нулей и единиц, представляющих определенную цифру или букву.

В противовес этому, квантовые компьютеры используют преимущества довольно странных физических явлений, когда крошечные частицы могут существовать в нескольких местах одновременно. Вместо того чтобы использовать биты, обладающие только двумя «установками», они используют квантовые биты, или «кубиты», у которых есть дополнительная установка: они могут быть 1 или 0, или 1 и 0 одновременно.

Таким образом, обычный компьютер с двумя битами может кодировать информацию только в четырех возможных комбинациях: 00, 01, 10, 11. Квантовый компьютер может принимать все эти четыре комбинации одновременно. Это позволяет ему обрабатывать экспоненциально больше информации, чем могут обычные компьютеры.

Другой способ задуматься о разнице между обычными и квантовыми компьютерами — это подумать о версии знаменитой задачи о коммивояжере в математике. В этой задаче вы — коммивояжер, планирующий поездку, и вы хотите выяснить, какой маршрут через 10 разных городов будет самым дешевым (экономичным) и самым быстрым.

Обычному компьютеру придется рассчитывать длину всех этих маршрутов отдельно, а затем сравнивать результаты, определяя победителя. Квантовый компьютер может вычислить длины всех маршрутов одновременно, поскольку кубиты могут обрабатывать много информации одновременно — и следовательно быстрее найдут решение.

Квантовые различия

Есть несколько препятствий на пути к распространению квантовых компьютеров по всему миру.

В настоящее время эти компьютеры должны храниться в переохлажденных условиях и даже легкое беспокойство приведет к коллапсу их деликатного состояния. Тем не менее, благодаря серьезному прорыву Google в марте, инженеры выяснили, как сделать квантовые компьютеры более стабильными — некоторые даже заговорили, что мы находимся на полпути к полностью функциональным квантовым компьютерам. Google, NASA и IBM усиленно работают над воплощением этой затеи.

И когда мы наконец достигнем этой точки, квантовые компьютеры смогут осуществить революцию практически в любой отрасли.

Джонсон, бывший CTO Lockheed Martin, объяснил, что компьютеры, которые у нас сейчас есть, хорошо делают то, что люди делают плохо. К примеру, люди не могут запомнить 10 миллионов чисел, расставить их в таблице, а затем быстро произвести расчеты с этими числами. Зато это делают компьютеры.

Квантовый компьютер не сможет сделать это быстрее любого обычного компьютера. Нет более хорошего или быстрого способа производить вычисления с набором чисел. Однако квантовые компьютеры могут сократить разрыв между тем, что компьютеры делают хорошо и что люди делают хорошо.

Люди хорошо пробираются через сложные установки и выбирают нужные вещи из этих массивов. Наши мозги делают это вполне естественно и с куда меньшими затратами, чем может компьютер. Квантовые компьютеры, однако, будут работать больше как человеческий мозг.

Дело в том, что, как и люди, квантовые компьютеры могут обучаться с получением опыта. К примеру, если квантовый компьютер работает под управлением программы, которая плохо справляется с определенной задачей, он может самостоятельно внести изменения в код этой программы и избавить ее от совершения ошибок в дальнейшем.

Эта концепция называется машинное обучение. Оно похоже на то, как ваш почтовый сервис обучается, какие письма отправлять в спам, а какие нет, только более хитроумное. Машинное обучение квантовых компьютеров позволит нам делать многие вещи быстрее и с большей эффективностью.

Квантовые применения

Например, квантовые компьютеры могут существенно улучшить аэрокосмические, военные и оборонные системы. Со всеми спутниками, которые у нас имеются, мы постоянно собираем тонны изображений и видео. Большую часть этих данных никто не просматривает, поскольку в ней сложно разобраться. В том числе и потому, что современные компьютеры не очень хорошо распознают и выделяют нужные данные из собранного ряда.

Квантовые компьютеры могут сортировать гигантские объемы данных быстрее и точнее людей, которым нужно просматривать снимки и видео, чтобы понять их смысл.

Та же способность квантовых компьютеров может привести нас к безопасному транспорту. Квантовые компьютеры могут лечь в основу полуавтоматических автомобилей (не таких интересных, как самоуправляемые авто Google, но все же), которые смогут предупреждать нас о возможном столкновении и самостоятельно принимать некоторые решения во время езды.

Мы пока не знаем даже и одного процента возможностей квантовых компьютеров и сопряженных с ними изменений. Джонсон считает, что мы увидим больше прорывов в следующие годы и очень важные изменения уже через пять лет.

Квантовый компьютер в каждом доме — этот план довольно долгосрочный. Но ключевой момент — это создание простого интерфейса, которым каждый сможет воспользоваться. Над этим и работает QxBranch. Впрочем, промышленные и коммерческие применения квантовых компьютеров не кажутся такими уж долгосрочными.

hi-news.ru

Физики создали программируемый квантовый компьютер на пяти кубитах

Схема квантового компьютера

S. Debnath et al. / arXiv.org, 2016

Физики из Объединенного Квантового Института (Мэрилендский Университет, США) впервые продемонстрировали пяти-кубитный масштабируемый квантовый компьютер. Устройство можно запрограммировать для выполнения любых традиционных квантовых алгоритмов. С описанием устройства можно ознакомиться в препринте, опубликованном на arXiv.org, кратко о работе сообщает MIT Technology Review.

Кубиты в новом устройстве представляют собой ионы иттербия, захваченные с помощью электромагнитного поля. Управлять регистрами квантового компьютера удается с помощью лазерных импульсов, изменяющих электронное состояние частиц. Как отмечают авторы, ключевой результат работы — новая архитектура компьютера может масштабироваться. Отдельные пятикубитные модули теоретически возможно соединить между собой, однако на практике продемонстрировать этого еще не удалось. Кроме того, можно увеличить количество выстроенных в линию ионов иттербия и увеличить количество кубитов в одном модуле.

Компьютер способен исполнять все виды квантовых логических операций. Для проверки работоспособности авторы запрограммировали компьютер на выполнение нескольких известных алгоритмов, в частности, квантовое преобразование Фурье и алгоритм Дойча — Йожи (способен быстро выяснить, является ли функция постоянной или сбалансированной). 

В 1990-х годах ученым удалось создать двух и трех-кубитные схемы и запускать на них квантовые вычисления. Однако дальнейший рост количества кубитов в квантовом компьютере замедлился. С увеличением их числа все труднее становилось удерживать элементы памяти в квантовом состоянии, не допуская декогеренции. 

«Работа несомненно демонстрирует прогресс в работе с ионными кубитами. Потенциал масштабирования звучит красиво, тем не менее существует много систем, которые имеют потенциал масштабирования (например сверхпроводящие кубиты). Сегодняшний вопрос не в том, можно ли сделать масштабируемый квантовый компьютер теоретически, а в том, кто технологически дорос до того, чтобы его сделать» — Курочкин Юрий, руководитель группы квантовых коммуникаций Российского квантового центра

По другому пути пошла канадская компания D-wave, отказавшаяся от традиционной концепции программируемых квантовых компьютеров. Инженерам удалось создать вычислители, работающие по принципу квантового отжига, которые состоят из более чем 1000 кубитов. Такие системы не пригодны для исполнения различных квантовых алгоритмов, но в ряде случаев оказываются гораздо производительнее традиционных компьютеров. Вместе с тем, большинство физиков относятся к деятельности компании со скепсисом.

Владимир Королёв

nplus1.ru


Читайте также
  • Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
    Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
  • Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
    Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
  • Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
    Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
  • Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
    Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
  • Найден источник водородных газов для нашей Галактики
    Найден источник водородных газов для нашей Галактики