Квантовый интернет может стать в 10000 быстрее скорости света. Квантовый интернет

«Квантовый интернет появится к 2030 году»

Ровно год назад Китай отправил в космос первый квантовый спутник связи Micius. Запуск дал старт серии экспериментов в области квантовой связи, которыми руководит Пан Цзяньвэй, физик из Научно-технического университета Китая. В ближайшие пять лет исследователь планирует отправить в космос еще несколько квантовых спутников. А к 2030 году, как он надеется, квантовая сеть коммуникации охватит ведущие страны мира, породив новый, квантовый интернет.

Впрочем само понятие квантового интернета до сих пор четко не определено. «Люди, в том числе и я, любят использовать термин „квантовый интернет“, но никто не даст точного определения этому понятию», — признал физик из Университета Ватерлоо (Канада) Томас Йенневайн.

Предполагается, что квантовая сеть позволит обмениваться данными в форме квантовых сигналов. Однако пока физики не научились полностью контролировать эти сигналы и управлять ими. Так китайский спутник Micius способен отправлять и получать сигналы, но он не может хранить информацию. Рекорд хранения таких данных — менее 60 минут. При этом ученые пока не знают, какой материал лучше подходит для создания квантовой памяти.

Также до сих пор неясно, как эффективно передавать сигналы между узлами квантовой сети. Окружить Землю квантовыми спутниками слишком затратно. На Micius, к примеру, ушло $100 млн. Оптоволоконные кабели также не подойдут, так как квантовые сигналы прерываются при передаче на расстояние более 96 км. Поэтому для передачи сигналов потребуются специальные квантовые повторители.

К тому же не факт, что люди захотят пользоваться квантовым интернетом. Физик Кай-Мей Фу из Вашингтонского университета считает, что в большинство случаев в квантовых сетях не будет необходимости. Людям привычнее пользоваться обычным интернетом. В некоторых случаях пользователи смогут использовать квантовую сеть для передачи секретных данных с помощью квантового шифрования — наиболее развитого ответвления квантовой физики.

Квантовые компьютеры также вряд ли будут стоять в каждом доме. Google и IBM планируют сделать квантовые компьютеры доступными через облако. Так что пользователи смогут подключаться к устройству удаленно, как к суперкомпьютеру Watson. Недавно ученые из Научно-технического университета Китая доказали, что с обычного компьютера задачи можно делегировать квантовым серверам при соблюдении полной конфиденциальности. Впрочем, все эти препятствия скорее радуют ученых, так как они способствуют появлению новых исследований в области квантовой физики.

hightech.fm

Квантовый интернет может стать в 10000 быстрее скорости света

Сегодня? работа Интернета осуществляется благодаря связанным кремниевым чипам, но в будущем может появиться квантовая модель, которая будет строиться из алмазов, так называемый Квантовый интернет. 24 апреля в журнале “Nature” вышла статья о том, что ученые физики намереваются создать между алмазами квантовую запутанность. При этом, они располагались друг от друга на расстоянии 3 метра. Удалось зафиксировать, что обмен информацией на большие расстояния, при использовании данной технологии, может производиться в 10 тысяч раз быстрее, чем скорость света.

Основатель теории относительности, великий ученый Альберт Эйнштейн считал, что квантовая запутанность невозможна. Это явление природы является одним из самых странных и поэтому устройства, которые построены на такой технологии имеют большие перспективы. Квантовые запутанные фотоны, которые образуются в оптических кабелях, будут использоваться в технологии Интернета, чтобы сплести кубиты. Главной целью является создание соединений, которые имеют большую степень защищенности, а также в создании новых квантовых компьютеров.

Кубит является аналогом бита, однако они имеют возможность, находится в состоянии суперпозиции и одновременно отображать как «0», так и «1». Ученые утверждают, что связав кубиты можно производить расчеты намного быстрее. Компьютеры, реализованные по этой технологии, смогут осуществлять расчеты быстрее, чем составляет возраст нашей Вселенной, а это ни много ни мало 14 миллиардов лет.

Стоит отметить, что запутывание кубитов на расстоянии уже осуществляли в другой системе, как и делали это с ионами и атомами. И пусть алмазной системе еще долго до квантового запутывания, в любом случае именно этот способ стал ключевым в развитии квантовой сети. Над этим проектом работает группа ученых из Технологического университета Делфта расположенного в Нидерландах. Как отмечает Рональд Хэнсон глава проекта, подключить кубиты в алмазных чипах намного проще, чем добиться того же в какой-либо другой системе.

Для того чтобы сплести вместе кубит с фотоном использовалась температура в -263,15 градусов по Цельсию и высокотехнологичный лазер. При этом фотоны можно извлечь из оптоволоконного кабеля, где и происходит процесс квантовой запутанности. Этот процесс также применяли для запутывания ионов иттербия, а также в рубидии его нейтральных атомов.

Над кубитами алмаза также работал физик Дэвид Авшалом из Чикагского Университета в Иллинойсе, однако в исследованиях он не принимал участия, но отметил, что демонстрация этого процесса была очень зрелищной и красивой.

Однако эффективность процесса находится на минимальном уровне. Это отметила профессор физик Монреальского Университета Макгилла Лилиан Чилдресс. Она также является соавтором последних исследований. Во время экспериментов квантованное запутывание может произойти только один раз из 10 миллионов случаев, это около 10 минут за цикл. Эти эксперименты стоят на первом ряду как и ловушки ионов и атомов.

Важная цель изучения данного метода заложена в возможности предоставить основу для квантового повторителя, устройство, которое позволит создать квантовые коммуникации на большое расстояние. Проблема в том, что запутанности, которые возникают благодаря фотонам, распадается через пару сотен километров. Это происходит в силу того, что оптоволоконный кабель, поглощая свет, разрушает запутанный сигнал. А если цепи запутывания будут образовываться в квантовом ретрансляторе, то это гарантированное связывание кубитов на тысячи километров.

Хэнсон отмечает, что хоть система, которая использует атомы и ионы продвинута в несколько раз, но алмаз с количеством запутанных кубитов 14 штук имеет большие преимущества если связывать удаленные процессоры в сети. Кубиты в алмазе можно поддерживать при комнатной температуре, так как благодаря углеродному материалу они не будут подвержены вибрациям и воздействию магнитных полей. При этом не возникает суперпозиции, а ионы должны находиться только в высоком вакууме.

Исследователями было выявлено, что кубиты в алмазах существуют десятки миллисекунд. Их можно передать к ядру атома азота или углерода, чтобы создать массив кубита «памяти». Именно в таком случае они существуют уже целые секунды, которые для вычислительных систем квантового порядка равны вечности. Плюс ко всему легче создать чип из твердого алмаза, нежели создавать многочисленное количество ловушек ионов.

Как отмечает физик из Оксфордского университета Джошуа Нанн, победителя в этой гонки нельзя назвать сию же минуту. Это долгий процесс развития и он находится только на начальном этапе. Поэтому ставить на то кто и как создаст первый квантовый процессор на сегодняшний день нереально и бессмысленно.

Другие статьи:

nlo-mir.ru

Квантовый интернет - что это, как работает? Преимущества. Квантовая сеть

Последние исследования, реализованные европейскими и российскими учёными, показали, что перемещение квантовой и классической информации может удачно сосуществовать в границах одних и тех же оптоволоконных линий трансляции данных. Это даёт возможность в будущем для постепенного перехода от привычного интернета, к сети на основе парадоксов элементарных частиц, сети квантового интернета.

Ускоряемся в исследованиях

В компьютерной индустрии назревает переворот. Физики из Пенсильванского университета заявили, что через четыре года обычные кремниевые микросхемы достигнут своего предела. Уменьшать их дальше будет не возможно, поэтому обычным компьютерам осталось жить не долго.

На их смену придут принципиально новые технологии, квантовые компьютеры. Вместо микросхем будут находиться элементарные частицы. Благодаря этому возможно резко уменьшить размеры и повысить производительность. Пока эти прототипы работают не быстрее слабого компьютера, но это всего лишь вопрос времени. В свою очередь, используя мощнейший потенциал, удастся более быстро решить проблемы и сложности при внедрении принципиально нового, квантового интернета.

Загадки квантового интернета

Как работает квантовый интернет? Что это такое и в чем его суть? Отличие в том, что он базируется на законах квантовой механики. Она была воспринята учёными как горячая, резкая область, которая может быть применена для описания явлений, до конца не понятых. Одним из них считается фотоэлектрический эффект.

Парадоксы квантовой физики на службе у человечества

На сегодня понятно: в наше ближайшее будущее войдёт такое явление, как квантовый интернет. Что это может нам принести или как это будет? Возможно, это будет очередной скачек, подобный внедрению полупроводниковых транзисторов в прошлом.

Принцип его основан на свойстве суперпозиции и квантовой запутанности. Он не имеет определённого спина и при измерении одной, вторая показывает противоположный. Для более полного понимания это означает, что каждая элементарная частица, несущая информацию, невидимо связана с её «запутанной» парой. Причём расстояние между ними не играет ни какой роли, информация передаётся мгновенно.

Используя эти аномальные законы, открываются огромные возможности в скорости и конфиденциальности передачи данных. Перехватить информацию, отправленную таким путём, оставшись незамеченным, невозможно: любое чтение оставляет следы, либо уничтожает исходную информацию.

Скорость быстрее мысли

Что касается последних данных по измерению скорости передачи данных, то они поражают наше воображение. Она превышает скорость света в десять тысяч раз. Но, скорее всего, учёные в будущем обнаружат, что скорость передачи сигнала намного выше определённой ранее, таков квантовый интернет. Что это значит? Что нам может это дать? Возможно, передачу сигналов на ранее немыслимые расстояния в космосе и новые открытия.

Новые технологии в фотонах

В технологии превращения фотонов в носитель информации российские учёные нашли применение искусственно выращенных кристаллов, а именно алмазов. Оказывается, когда свет проходит через кристаллы, он приобретает свойство жидкости и начинает формировать капли, вихри, волны. Его можно направлять по каким-либо каналам. В общем, ведёт себя, как жидкость. В том числе он может распространяться с очень медленной скоростью или даже остановиться.

Это очень интересно с одной стороны и очень важно, поскольку это позволяет манипулировать со светом и делать, что угодно, в том числе, получить такое явление, как квантовая сеть интернет. Это позволяет его использовать в качестве агента передачи информации. Сейчас главным ее носителем является электрический заряд. Но это несовершенный объект. Поэтому любое движение или ускорение электрического заряда приводит к потерям энергии, которая уходит в окружающую среду и нагревает процессор и элементы микросхем.

Интернет сам по себе стоит уже человечеству более 5% производимой им энергии. Поэтому замена электрона фотонами в идеальном варианте приведёт к сокращению потерь колоссального количества энергии. Соответственно, себестоимость самого интернета упадет.

Квантовый интернет в России

Работы в России по квантовому интернету уникальны. Не смотря на малое финансирование и всяческие препоны, учёные провели достаточно экспериментов и добились в этой области фактически лидирующего положения. В результате удалось создать уникальный, высокого уровня институт. Он сочетает в себе экспериментальные и теоретические группы, а также прикладные исследования. Этот институт финансируется частично «Газпромбанком», частично государством в разных формах. В любом случае, это тот пример, которому должна следовать российская наука, не останавливаясь ни перед чем.

Покоряем новые территории

На нынешнем этапе развития квантового интернета можно назвать только технологии защиты данных с помощью квантовой криптографии. Подобные сети на сегодня представляют собой достаточно простые соединения точка—точка. Учёные стремятся создавать совместные решения, на основании которых объединяются различные каналы и способы шифрования.

Если проследить за реализацией идеи, то результаты российских исследователей окажутся более существенными. Один из примеров — это детектор однофотонного излучателя, разрабатываемого в Курчатовском институте.

Для существования такого открытия, как квантовая сеть интернет, учёным необходимо решить сложности совмещения особого оснащения для квантовой передачи данных и существующих на сегодня телекоммуникационных сетей.

Основные вопросы лежат в решении коммутации и усилении сигнала. Если отправить информацию на основе кванта, по стандартному оптоволокну, то он не пройдёт через регенератор. Поэтому один из вариантов решения это превращение сигнала в электрический и затем возврат в исходное положение.

На сегодня предел равен трёмстам километрам. Это дистанция, на которой необходимо производить регенерацию оптического сигнала. Также нужен прототип квантового коммутатора. Общий объем наличия проблемных задач может быть решён только в пределах десяти лет. Тем не менее, в учёных кругах утверждают о возможности «оседлать» квантовый интернет. Что это может принести и чем помочь? На сегодня нет однозначного ответа, но решение вопроса о внедрении и доведении подобных технологий к рядовому жителю, однозначно повысит его качество жизни и безопасность.

Новая эпоха наступает

Китай на сегодня поставил амбициозный проект, сделать передачу по квантовой сети на 1200 километров, используя спутник. На данный момент достигнута дистанция максимум сто километров. Учёные разработали, как уберечь сигнал от воздействия метеорологических условий. Впрочем, эта сенсация скорее связана не с телепортацией, которая увеличивается с каждым годом, а с квантовой криптографией, другими словами, новой системой шифрования данных.

Квантовый код нет возможности взломать, точнее при его взломе информация пропадает. В эпоху кибервойн это означает неуязвимость. Квантовой криптографией давно пользуются те, кто ищет гарантии безопасности. Как, например, несколько лет тому назад швейцарские банки начали обмениваться данными о своих клиентах через квантовую сеть. На сегодня они ограничены расстоянием несколько десятков километров. Такую же систему готовится внедрять Российский квантовый центр, а также освоить передачу квантового сигнала через космический спутник.

Внедрение и реализация

А в это время в Петербурге между двумя зданиями университета в России запустили первую квантовую интернет сеть. Информация передаётся, используя законы квантовой физики. В эту область сейчас инвестируют самые умные корпорации и правительства. Буд

teora-holding.ru

Квантовая сеть — WiKi

Квантовое распределение ключей

Диаграмма протокола BB84: поляризованный фотон передается от Алисы по незащищенному квантовому каналу и перехватывается Бобом, в то время как Ева пытается подслушать канал передачи данных.

Множество существующих квантовых сетей разработаны для поддержки квантового распределения ключей (QKD) между классическими вычислительными средами. Такое применение квантовых сетей упрощает совместное использование секретного ключа шифрования между двумя сторонами. В отличие от классических алгоритмов распределения ключей, таких, как алгоритм обмена ключами Диффи-Хеллмана, квантовое распределение ключей обеспечивает безопасность через физические свойства, а не трудность математической задачи. Первый протокол квантового распределения ключей, BB84, был предложен Чарльзом Беннетом и Жилем Брассаром в 1984 году и был реализован во многих исследовательских квантовых сетях. В этом протоколе кубиты отправлены от одной стороны к другой через небезопасную квантовую сеть. Из-за свойств квантовой механики и теоремы о запрете клонирования, подслушивающий не может определить ключ, не будучи обнаруженным отправителем и получателем. В то время как протокол BB84 полагается на суперпозицию состояний кубита, чтобы обнаружить подслушивание, другие протоколы используют запутанные кубиты. Это протоколы E91, предложенный Артуром Экертом и BBM92, предложенный Чарльзом Беннетом, Жилем Брассаром и Дэвидом Мермином

Передача квантового состояния

В большой системе квантовых вычислений, множество отдельных квантовых компьютеров могут взаимодействовать и передавать данные через сеть. При таком взаимодействии, для сети выгодно поддерживать передачу запутанных кубитов. Рассмотрим следующий сценарий: k{\displaystyle k} квантовых компьютера, каждый из них содержит n{\displaystyle n} кубитов. В классической сети для передачи полного состояния одного квантового компьютера потребуется 2n{\displaystyle 2^{n}} бит данных. Однако, используя квантовую сеть, состояние можно передать с помощью n{\displaystyle n} кубитов. Аналогично, если возможно достичь запутанности между всеми компьютерами в сети, у системы в целом будет 2kn{\displaystyle 2^{kn}} объединённых пространств состояний, против k2n{\displaystyle k2^{n}} для классически подключенных квантовых компьютеров.

Физический уровень

Основной способ взаимодействия квантовых сетей на больших расстояниях — это использование оптических сетей и фотонных кубитов. Оптические сети имеют преимущество повторного использования существующего оптоволокна. А свободные сети могут быть реализованы так, что смогут передавать квантовую информацию по воздуху или в вакууме.

Оптоволоконные сети

Оптические сети могут быть реализованы, используя существующие телекоммуникации и телекоммуникационное оборудование. Со стороны отправителя, источник одиночных фотонов можно создать, сильно ослабив стандартный телекоммуникационный лазер, так что среднее число испускаемых фотонов за импульс будет меньше единицы. Чтобы получить данный эффект, используется лавинный фотодиод. Также могут использоваться различные методы регулировки фазы и поляризации, такие как разделители луча и интерферометры. В случае протоколов, основанных на запутывании, запутанные фотоны генерируются через спонтанное параметрическое рассеяние. В обоих случаях телекоммуникационное волокно может быть мультиплексным для отправления не квантовой синхронизации и управляющих сигналов.

Сети свободного пространства

Квантовые сети свободного пространства подобно оптоволоконным сетям, но полагаются на угол обзора между связывающимися сторонами вместо использования оптоволоконного соединения. Сети свободного пространства обычно поддерживают более высокую скорость передачи, чем оптоволоконные сети и не учитывают поляризационную перестановку вызванную оптоволокном.

Квантовая электродинамика полости

Телекоммуникационные лазеры и спонтанное параметрическое рассеяние, объединенные с фотодетекторами могут использоваться для квантового распределения ключей. Однако для запутанных квантовых систем важно сохранять и ретранслировать квантовую информацию, не разрушая базовые состояния. Квантовая электродинамика полости — один из возможных методов решения данной задачи. Здесь фотонные квантовые состояния могут быть переданы как в атомарные квантовые состояния, хранящиеся в отдельных атомах в оптических полостях, так и из них. В дополнение к созданию удаленной запутанности между удаленными атомами, это позволяет осуществлять передачу квантовых состояний между отдельными атомами, используя оптоволокно.

Каналы с помехами

Квантовые повторители

Диаграмма квантовой телепортации

Передаче данных на дальние расстояния препятствуют эффекты потери сигнала и декогерентность, присущая большинству транспортных сред, таких как оптоволокно. При классической передаче данных используются усилители, чтобы улучшить сигнал во время передачи, однако в квантовых сетях, согласно теореме о запрете клонирования, усилители использовать нельзя. Альтернативой усилителям в квантовых сетях является квантовая телепортация, передающая квантовую информацию (кубиты) получателю. Это позволяет избежать проблем, связанных с отправкой одиночных фотонов по длинной линии передачи с высокими потерями. Однако для осуществления квантовой телепортации необходима пара запутанных кубитов, по одному на каждом конце линии передачи. Квантовые повторители позволяют создать запутанность в удаленных узлах без физической отправки запутанного кубита на всё расстояние.

В этом случае квантовая сеть состоит из множества коротких каналов связи, длинной десятки или сотни километров. В простейшем случае, с одним повторителем, создается две пары запутанных кубитов: |A⟩{\displaystyle |A\rangle } и |Ra⟩{\displaystyle |R_{a}\rangle } расположенные на отправителе и повторителе, а вторая пара |Rb⟩{\displaystyle |R_{b}\rangle } и |B⟩{\displaystyle |B\rangle } на повторителе и получателе соответственно. Эти начальные запутанные кубиты легко создать, например, с помощью спонтанного параметрического рассеяния, физически передавая один кубит на соседний узел. При этом повторитель может выполнить измерение состояния Белла на кубитах |Ra⟩{\displaystyle |R_{a}\rangle } и |Rb⟩{\displaystyle |R_{b}\rangle } телепортировав таким образом квантовое состояние |Ra⟩{\displaystyle |R_{a}\rangle } в |B⟩{\displaystyle |B\rangle } . Это имеет эффект «свопинга» запутанности, таким образом, что |A⟩{\displaystyle |A\rangle } и |B⟩{\displaystyle |B\rangle } теперь запутанны на расстоянии в 2 раза сильнее, чем начальные запутанные пары кубитов. Сети таких повторителей могут использоваться как линейно, так и иерархическим образом, для создания запутанности на большие расстояния.

Исправление ошибок

Ошибки при передаче данных можно разделить на два типа: ошибки потерь (из-за свойств оптоволокна/среды) и ошибки работы (такие как деполяризация, дефазировка и т. д.). В то время как избыточность можно использовать, чтобы обнаружить и исправить ошибки в классической сети, созданию избыточных кубитов препятствует теорема о запрете клонирования. Поэтому введены другие типы исправления ошибок, как код Шора или один из более общих и эффективных алгоритмов. Принцип их работы в распределении квантовой информации через многократно запутанные кубиты так, что и ошибки работы, и ошибки потерь могут быть исправлены.

В дополнение к квантовому исправлению ошибок, классическое исправление ошибок может использоваться квантовыми сетями в особых случаях, таких как квантовое распределение ключа. В этих случаях цель квантовой передачи состоит в том, чтобы надежно передать строку классических битов. Например, код Хемминга может быть применен к строке битов до кодирования и передачи данных в квантовой сети.

Две компании, «idQuantique (англ.)русск.» (Швейцария), «MagiQTech (англ.)русск.» (США) предлагают коммерчески доступные устройства квантового распределения ключей и классической криптографии[1].

Ученые из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и Университета ИТМО совместно произвели запуск пилотного сегмента первой в России многоузловой квантовой сети (4 узла, порядка ста кбит/c просеянной квантовой последовательности, линии протяжённостью в единицы км).[2]

В Китае в ноябре 2016 года было завершено создание квантовая коммуникационная линия[неизвестный термин][уточнить] длиной 712 километров Хэфэй-Шанхай с 11 станциями, строительство заняло 3 года. По сообщению Chen Yu’ao планируется, что на её базе будет создана линия Пекин-Шанхай общей длиной порядка 2 тыс. км[3][4][5].

ru-wiki.org

В России запущен «квантовый интернет»

Квантовая защита

В Татарстане запущена первая в стране многоузловая квантовая сеть, обеспечивающая высокую степень защиты передачи данных. Авторами проекта выступили ученые квантового центра Казанского национального исследовательского технического университета (КНИТУ-КАИ) и Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО).

Базой для сети стало оборудование оператора связи ПАО «Таттелеком». Квантовая криптография отличается от обычной защиты данных тем, что вместо математических методов использует физические. Попытка взлома меняет параметры электронов или фотонов, таким образом несанкционированный доступ всегда можно обнаружить.

Проверка связи

Как рассказали в пресс-службе КНИТУ-КАИ, квантовая сеть объединит четыре узла, расположенные на расстоянии 30-40 км друг от друга. Первый участок сети запущен в Казани, он связал два корпуса вуза.

Запущен пилотный проект первой в России многоузловой квантовой сети передачи данных

«В пилотном сегменте достигнута скорость генерации просеянных квантовых последовательностей 117 кбит/c на линии протяженностью 2,5 км – на порядок быстрее, чем в европейских сетевых проектах в области квантовой связи. В ходе экспериментов была успешно продемонстрирована передача квантовых бит в оптическом канале с потерями 20 дБ, что эквивалентно расстоянию 100 км», - отметили в университете.

Ранее в России создавались только линии квантовой связи, действующие по принципу «точка-точка». К примеру, оптоволоконным кабелем соединялись вузовские корпусы в Санк-Петербурге и банковские офисы в Москве. В случае с банковскими офисами общая длина линии тогда составила 30,6 км, а процент ошибок при передаче ключа не превысил 5%, что, по словам экспертов, является хорошим показателем.

Сеть объединит города

Многоузловая сеть позволит соединить офисы в разных городах. «Мы хотим проложить сеть между Казанью и Набережными Челнами. Сейчас работаем над самим оборудованием, например, по ускорению передачи данных. Расстояние для передачи квантов составляет около 100 км. А далее новые узлы «удлиняют» сеть», - пояснил «Известиям» директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев. Его коллега, руководитель Лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики ИТМО и лаборатории практической квантовой криптографии Казанского квантового центра Артур Глейм сравнил развитие квантовых коммуникаций с развитием российского интернета во времена проекта RUNNet (федеральная университетская компьютерная сеть России). «Запуск пилотных участков, связывающих между собой университеты, приведёт к взрывному росту технологий и формированию новых рынков, на базе которых вырастет отечественная инфраструктура связи нового поколения», - считает Артур Глейм.

Год назад – в мае 2015 г. – российские ученые впервые смогли создать кубит, элементарный объект для хранения данных в квантовом компьютере. Для этого они использовали два сверхпроводника, разделенные тонким слоем диэлектрика.

www.cnews.ru

Квантовые компьютеры и квантовый интернет сегодня и завтра

Есть ли пределы развитию компьютерной индустрии? С учётом темпов этого развития за последние полстолетия поневоле складывается довольно радужное впечатление о перспективах дальнейшего совершенствования информационных технологий.

Хотя не далее, как в 2007 году небезызвестный Гордон Мур заявил, что его закон, предсказывающий удвоение числа транзисторов на кристалле интегральной схемы каждые два года, судя по всему, совсем скоро перестанет действовать по банальной причине атомарной природы вещества и ограничения скорости света…

О возможностях преодоления упомянутой выше скорости спорить пока что не будем, но в отношении атомов очень даже возможно, что дело обстоит далеко не так печально. Ведь как ещё в середине 1980-х, когда персональные ЭВМ только начинали свой триумфальный путь на смену мэйнфрэймам, утверждал ещё более знаменитый американский физик, Нобелевский лауреат Ричард Фейнман (1918–1988):

«Похоже, что законы физики не представляют никакого предела уменьшению размера компьютеров вплоть до того, что биты станут величиной с атомы и властвовать начнёт квантовое поведение»

Напомним, что в «обычных» компьютерах носители, от перфокарт и транзисторов, содержат в себе информацию, закодированную в двоичной системе счисления: наличие или отсутствие отверстия, индукция магнитного поля больше или меньше пороговой величины и просто состояния «вкл. / выкл.» переводятся в биты, состоящие из нулей и единиц.

Внутренний вид «квантового компьютера» от IBM.

Квантовые аналоги «битов», именуемые «кубитами» (от quantum bit – что, кстати сказать, во многих языках удачно совпадает по звучанию с древнегреческой и древнеримской единицей измерения длины, аналогом «локтя»), как носители информации компьютера качественного иного типа отличаются способностью к так называемой «суперпозиции» – умению находиться сразу в обоих состояниях (условно говоря, «1» и «0») одновременно, но только до тех пор, пока такое состояние не будет измерено.

В теории такая странная особенность субатомных частиц вот уже почти столетие служит предметом многих споров и сложных гипотетических ситуаций, вроде знаменитого (и очень несчастного) «кота Шрёдингера», вынужденного быть одновременно и живым, и мёртвым в коробке с радиоактивным веществом, в котором возможный распад одного из атомов причиняет активизацию смертельного яда.

Однако на практике такие малопонятные свойства атомов давно уже используются — и сфера компьютерных технологий тому не исключение. Хитрость заключается в том, что если в самом начале вычислений перевести систему, состоящую из квантовых носителей информации с внесёнными исходными данными, в состояние суперпозиции, такие вычисления будут производиться для всего полученного набора данных параллельно— то есть, с огромным ускорением в решении задачи.

Правда, возникает проблема измерения таких вычислений — поскольку, подобно тому, как и кот Шрёдингера, если открыть коробку и «посмотреть» на его состояние, всегда окажется в результате либо живым, либо мёртвым, так и «кубиты» при измерении их данных смогут дать нам лишь один ответ, не смотря на весь «параллелизм» предшествующих этому измерению вычислений. А потому, при всех достоинствах и невиданных преимуществах такого рода ЭВМ, использовать его получится далеко не для любых расчётов.

В 1990-х годах было предложено сразу несколько возможных схем работы квантового компьютера, названных именами выдвинувших их учёных. Так, алгоритм Питера Шора из Bell Laboratories предусматривает, что нас может интересовать не вся последовательность значений функции, а только её период, куда более доступный для измерения.

Зато при помощи этого алгоритма на квантовом компьютере можно с небывалой скоростью – где-то в 100 млн. раз быстрее! – решить задачу факторизации, то есть определения простых множителей больших чисел, что, в свою очередь, позволяет чуть ли не моментально расшифровывать криптографические алгоритмы с открытым ключом, поскольку существующие ныне RSA-криптосистемы как раз и строятся на недоступности этой задачи текущим мощностям обычных ЭВМ.

Элемент квантового компьютера в представлении художника: нанотрубка с фуллеренами – молекулярными соединениями в виде футбольного мяча и с атомами азота внутри, которые и выступают в качестве «кубитов».

Получается, что квантовые компьютеры никак не могут претендовать на место обычных, электронных, — они способны выступать скорее дополнением к ним, организуя помощь в решении особого рода задач. Так что перспектива скорого обзаведения карманными квантовыми ПК для домашних пользователей пока что оказывается весьма отдалённой — тем более что и на пути простого воплощения идеи вычислительных машин на основе кубитов имеется немало препятствий.

Во-первых

Чтобы «запустить» решение любой задачи на квантовом компьютере, сначала нужно произвести, что называется, «инициализацию» кубитов, приведя их в «нулевое», исходное состояние, — а для этого в свою очередь требуется охлаждение носителей информации до температур, близких к абсолютному нулю. Стало быть, существовать устройства нового типа могут лишь в особых криокамерах с экстремальной заморозкой.

Во-вторых

и эта проблема намного более сложная,
квантовые биты,
столь же подвержены ошибкам в вычислениях, как и обычные ЭВМ.

На середину 1990-х годов уровень ошибок достигал запредельных десяти процентов — тогда как теоретически допустимым значением является 0,0001%. В настоящее время учёным удалось снизить этот показатель до уровня менее одного процента, — и хотя работы предстоит ещё немало, по умеренно оптимистическим прогнозам достичь удовлетворительной работоспособности квантовых компьютеров планируется уже где-то в начале 2020-х годов.

Сотрудница IBM осматривает криостат с новым прототипом коммерческого квантового процессора внутри.

Упомянутые ошибки происходят по причине явления, которое называется «декогерентизация», — или, проще говоря, потеря связи между двумя взаимодействующими частицами.

Причём это как раз ещё одна уникальная особенность субатомных элементов, способная принести немало пользы при условии использования кубитов в качестве носителя информации: квантовые частицы, даже будучи очень хорошо изолированными друг от друга, могут находиться в связанном (или, по выражению всё того же Шрёдингера, «спутанном» – entangled) состоянии, в котором они неким образом зависят друг от друга.

Другими словами, квантовое состояние одной частицы не может быть описано отдельно от другой (например, если показатель «спиральности» у первой из них оказывается положительным, то у второй он обязательно будет отрицательным), а значит – измерение одной из частиц будет означать и моментальное прекращение «неопределённости» в отношении её пары.

Теоретически такая «спутанность» сохраняется на любом расстоянии: данное явление передачи квантового состояния от одной частицы к другой получило название «квантовой телепортации» (которая имеет мало общего с телепортацией в смысле обыденного – фантастического – словоупотребления).

Последние актуальные эксперименты в этой области были проведены китайскими учёными в июне 2017 года: при помощи специального спутника, передающего фотоны инфракрасного света, был продемонстрирован феномен сохранения взаимодействия связанных квантовых частиц на рекордном расстоянии в 1203 км.

Так что если даже между «членами пары» и происходит какое-либо скрытое взаимодействие, то его скорость должна во много раз превышать ту самую скорость света, которая – как принято считать – накладывать непреодолимое ограничение в том числе и на дальнейшее развитие компьютерных технологий!

Впрочем, как глубокомысленно советовал по этому поводу уже неоднократно упоминавшийся Р. Фейнман:

«Я думаю, можно с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику… По возможности не задавайтесь вопросом: «Но как же так может быть?» – потому что вас «засосёт» в такой тупик, из которого ещё никто не выбирался».

«Мо-цзы» – первый в мире спутник, предназначенный для квантовой передачи информации по каналу связи, гарантированно защищённому от хакеров. В июне 2017 года он смог транслировать «спутанные» фотоны на станции, расположенные в китайских городах Дэлинха и Лицзян, физическое расстояние между которыми составляет 1203 км.

Руководитель китайской группы учёных, специалист по квантовой «связанности» Цзянь-Вэй Пань, настроен весьма оптимистически: по его уверениям, в ближайшие пять лет будет запущено ещё несколько спутников такого рода, а к 2030 году квантовая связь станет международной, так что можно будет говорить и о настоящем «квантовом интернете».

Большинство других учёных более осторожны в своих выводах – так, канадский физик Томас Дженневейн считает, что само понятие «квантовый интернет» пусть и звучит красиво, но пока что остаётся не очень-то определённым, да и сама технология пребывает ещё во младенчестве: управлять квантовыми сигналами на достаточном для передачи информации уровне учёные на данный момент не умеют.

«Мо-цзы» стоимостью в сотню миллионов долларов способен только транслировать и принимать пучки кантов, но не хранить в памяти информацию, – а поскольку усилению квантовые сигналы, в отличие от обычных электронных, не подлежат, то для намеченного покрытия Земли сетью спутников потребуется не только их радикальное удешевление, но и разработка не существующих ещё репитеров, – и далеко не факт, что все эти гипотетические достижения смогут увидеть ныне живущие поколения.

Собственно, «квантовый интернет» вряд ли способен привнести что-либо принципиально новое в процесс передачи информации по каналам дистанционной связи: для общения между людьми обычных «единиц» и «нулей» вполне достаточно, и привлечение суперпозиции и спутанности ничего к этому не прибавит.

Ведь раз уже любое измерение квантовой системы меняет её состояние, «квантовая информация» не может быть скопирована традиционным образом; другое дело, что точно так же, как квантовые компьютеры представляют собой потенциально полезное дополнение к электронным вычислительным устройствам, предназначенное для скоростного выполнения специфических задач, – так и в области связи «квантовый интернет» может выступить специализированной версией «обычного». И прежде всего – более защищённой и безопасной, поскольку не только декодирование, но и зашифровка сообщений оказывается сильной стороной именно квантов.

Фотоснимок кристалла со «спутанными» фотонами. © Flix Bussires; University of Geneva.

Перспективную идею такого использования квантовых компьютеров в области коммуникации подал в 1991 году Артур Экерт, британский учёный (в хорошем смысле этого словосочетания) польского происхождения, специалист по части как квантовой физики, так и криптографии, продемонстрировавший на бумаге, каким именно образом феномен квантовой спутанности может служить для достижения небывалого уровня безопасности в деле шифрования сообщений.

Речь идёт, в частности, о том, что один из двух связанных фотонов передаётся на дальнее расстояние, где взаимодействует с третьей частицей, причём состояние этого третьего фотона передаётся не только второму, с которым он непосредственно встречается, но и мгновенно «телепортируется» к его близнецу, фотону №1.

Благодаря этому свойству достигается передача секретных сообщений: когда двое людей обмениваются «спутанной» парой частиц, квантовое состояние – своего рода «информация», пусть и не в полноценном смысле этого слова, – передаётся между ними без какого бы то ни было материального носителя и непосредственного взаимодействия, что буквально исключает возможность перехвата таких сведений третьим лицом.

Не самая простая для понимания схема устройства «квантового интернета».В настоящее время несколько компаний уже предлагают и коммерчески доступные устройства, основанные на применении такого рода криптографии.

Например, швейцарская idQuantique ещё в 2007 году обеспечивала технологию кодировки при передаче результатов голосований на выборах из Женевы в Берн, объявив, что полная безопасность и защита транслируемых данных гарантирована железными законами физики.

Правда, те особенности поведения квантовых частиц, благодаря которым «подсмотреть» их состояние невозможно, ибо это будет означать изменение такового, а значит, факт «перехвата» сразу же станет известным, – эти особенности делают практически бессмысленной передачу информации таким «самоуничтожающимся» образом, но зато позволяют применить отличный способ обмена ключами для расшифровки закодированной информации, передаваемой уже обычным способом.

Данная технология называется «квантовым распределением ключей»: после того, как ключи переданы и подтверждены, – а значит, никто не смог «подсмотреть» их по пути, иначе изменение в состоянии частицы было бы очевидно, – можно приступать к шифрованию информации и её непосредственной трансляции, которая, таким образом, будет сопряжена с минимумом возможных рисков.

Конечно, практикуемый на данный момент вариант квантовой технологии не лишён и ряда недостатков: хакеры даже рапортовали в своё время об успешном взломе «предельно безопасного» канала связи, – хотя учёные и уверяют, что все возможные утечки были связаны с техническими ошибками в реализации теоретически неуязвимого квантового кодирования (которые ими постоянно устраняются по мере совершенствования технологий).

Другая проблема несколько менее приятна: текущая версия коммерческой реализации квантового распределения ключей требует дорогостоящего серверного оборудования и оптического кабеля, передаётся по этому последнему в тысячу или даже в десять тысяч раз медленнее обычной информации и не далее, чем на расстояние в 100 км.

Так что остаётся только дожидаться гипотетического внедрения квантовых репитеров, чтобы если и не транслировать информацию, то передавать ключи для дешифровки при помощи спутников, подобных «Мо-Цзы».

Прогнозируемое использование квантовых спутников Квантовое распределение ключей.Как можно увидеть результате этого небольшого обзора, проекты, основанные на закономерностях квантовой механики, – по крайней мере, пока что – далеки от того, чтобы представлять собой новую революцию в области информационных технологий.

Квантовые компьютеры и тем более «квантовый интернет» даже в теории и на бумаге не столько заменяют, сколько дополняют собой ныне существующие способы вычисления и передачи данных.

Первые оказываются слишком уж сложными в обслуживании специализированными, предназначенными для решения определённых задач, а потому больше подходят для «облачных» вычислений, уже практикуемых некоторыми «пионерами», – а вторые потенциально способны помочь в достижении высочайшего уровня безопасности трансляции информации по сети, но требуют ещё немалого усовершенствования.

Тем не менее, как сообщает в своих последних победных рапортах IBM, её проектом тех самых облачных вычислений на сравнительно небольшом квантовом компьютере уже воспользовалось более 60 тысяч пользователей, проведших 1,7 с лишним миллионов квантовых экспериментов. А значит, вполне вероятно, что новые открытия не за горами.

Похожее

www.pro-vse.site

Квантовая сеть

Технологии -> Квантовая сеть Обновление - 29.11.2017

Ученые из Российского квантового центра (РКЦ) запустили первую в России линию квантовой связи в городских условиях, сообщил 16.06.2016 сайт Texnomaniya.ru. Физики провели канал квантовой связи длиной 30,6 километра между двумя отделениями «Газпромбанка» в Москве на базе существующей оптоволоконной линии.

По оптоволоконному каналу передавали квантовый ключ, предназначенный для расшифровки сообщений, которыми обмениваются отделения банка. Квантовая линия предназначена для того, чтобы сделать безопасной процедуру передачи ключа.

Для этого используется квантовое распределение ключа. В этом методе информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик — например, поляризации, фазы или формы волнового фронта. При попытке злоумышленника измерить эту характеристику, необратимо нарушается квантовое состояние фотона, что фиксируется адресатом сигнала при сверке части ключа.

Принцип квантовой криптографии и его возможность был впервые предложен в 70-х годах прошлого столетия. Он основан на передаче пучков света с содержащейся в них информацией, зашифрованной благодаря квантовой физике. Это позволяет создать такой канал передачи информации, при взломе которого все его участники сразу об этом узнают.

Первая квантовая вычислительная сеть была создана в 2010 году в национальной лаборатории в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико (США). В мае 2013 года она состояла из основного сервера и трех клиентских машин. По этой 48-километровой сети на основе оптоволоконного кабеля можно передавать данные (включая видеофайлы), зашифрованные благодаря некоторым принципам квантовой физики.

Квантовые сети привлекательны тем, что позволяют получить абсолютно новый уровень защиты информации. Измерение квантового объекта, например, фотона, всегда приводит к его изменению. Таким образом, любая попытка прочитать фотон не сможет остаться незаметной, и принимающая сторона непременно увидит, что данные пытались перехватить.

Главное в квантовой сети, разрабатываемой в Лос-Аламосе заключается в том, что все доверительные действия и раздача авторизованных зашифрованных ключей, электронных подписей и сертификатов ложится непосредственно на центральный сервер, а не на каждую отдельную машину. То есть только сервер позволяет получить доступ и осуществить передачу информации между двумя машинами в этой сети.

«Мы успешно пересылали видео с защитными ключами, которые менялись каждую секунду. Даже если имеется возможность сломать такой ключ, то он будет действителен в течение всего нескольких секунд, а затем станет бесполезным, так как для доступа уже будет требоваться новый», — говорит Ричард Хьюз (Richard Hughes), один из исследователей лаборатории.

Проблема заключается в том, что существующие прототипы квантовых сетей позволяют передавать данные исключительно по одному маршруту - из точки A в точку Б, то есть информацию нельзя отправить в точки C, D, E или F. Это является следствием самой квантовой механики - определение маршрута требует чтения фотонов, а это, как было отмечено выше, изменит их, то есть информация будет утрачена.

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории утверждают, что им удалось найти выход из ситуации - они предложили архитектуру квантовой сети с центральным узлом. Любой сигнал в сети всегда проходит через этот узел.

Сигнал до центрального узла, коммутатора, доходит в виде фотонов и после того, как попадает в коммутатор, преобразуется в стандартный электрический сигнал. Далее коммутатор направляет этот сигнал по нужному маршруту и на выходе из коммутатора сигнал вновь преобразуется в фотоны.

Создание такого коммутатора сопряжено с технической сложностью - преобразователи сигнала, фотонные детекторы, являются довольно громоздкими. Однако, по словам Хьюза, и эту проблему им удалось решить - вместо фотонных детекторов они воспользовались гораздо более компактными лазерами.

Однако 100 километров — это тот предел, который эффективно преодолеть пока не удается. На более значительных расстояниях индивидуальные фотоны просто поглощаются оптоволоконной средой передачи. Самая главная проблема квантовой криптографии — это потери. Даже самое лучшее и современное оптоволокно дает 50 процентов потерь на каждые 10-12 километров кабеля.

Допустим, мы посылаем наш секретный ключ из Москвы в Петербург — на 750 километров, и только один из миллиарда миллиардов фотонов достигнет цели. Все это делает технологию совершенно непрактичной. Именно поэтому современная квантовая криптография работает только на расстоянии примерно 100 километров. Теоретически известно, как эту проблему решить, — с помощью квантовых повторителей, но для их реализации нужна квантовая телепортация.

Решением проблемы передачи квантов на дальние расстояния и созданием многоузловой квантовой сети заниматся не только в США, но и в других стрнах, в том числе и в России.

Первая в России многоузловая квантовая сеть в тестовом режиме запущена в Татарстане. Проект реализован учеными Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и университета ИТМО на сети оператора связи ПАО «Таттелеком». Об этом в начале августа 2016 года, «Известиям» рассказали сами ученые.

Пилотный проект в Татарстане реализуется на основе оригинальных разработок российских ученых. Стоимость комплекта оборудования для соединения двух точек сейчас составляет около $100 тыс, однако с развитием технологий и производства стоимость оконечных решений существенно снизится.

Директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев рассказал, что сейчас многоузловая сеть апробируется в Казани, а следующим шагом станет строительство сети по всей Республике Татарстан.

— Мы хотим проложить сеть между Казанью и Набережными Челнами. Сейчас работаем над самим оборудованием, например, по ускорению передачи данных, — рассказывает Сергей Моисеев. — Расстояние для передачи квантов составляет около 100 км. А далее новые узлы «удлиняют» сеть.

В Китае до конца этого года планируется запустить квантовую сеть между Пекином и Шанхаем длиной около 2 тыс. км. А в США ведутся работы над квантовой сетью между Огайо и Вашингтоном протяженностью 650 км.

Для передачи на многие сотни и тысячи километров идеальным решением могла бы стать пересылка ключей «по воздуху» на спутники связи.

Китай планирует запустить спутник, который, возможно, станет первым звеном сети нового поколения, сообщает 31.07.2016 HI-news.ru. С помощью аппарата QUESS весом 600 килограммов, который планируется вывести на орбиту в августе этого года, ученые собираются провести первый квантовый эксперимент в космосе, который в перспективе может открыть дверь к появлению «квантового космического интернета».

Специальный кристалл, находящийся на борту космического аппарата QUESS, будет генерировать пары «запутанных» фотонов и запускать их на принимающие станции, находящиеся в Китае и Австрии. Наземные научные команды посмотрят, остаются ли эти фотоны связанными, даже если их разделяет расстояние в 1200 километров.

Метод квантовой запутанности способен совершить настоящую революцию в криптологии. Поскольку изменение одного запутанного фотона мгновенно меняет свойства другого фотона этой пары, эти фотоны могут использоваться для создания ключей шифрования. Другими словами, любое воздействие на один фотон будет изменять состояние другого фотона, что, в свою очередь, будет указывать на появление дыры в защите.

Эксперимент планируется проводить в течение около двух лет, однако, как считает физик Чаоян Лю, «если первый спутник покажет хорошие результаты работы, Китай определенно запустит еще несколько аналогичных аппаратов». По расчетам специалиста, для создания полноценной защищенной квантовой системы космических коммуникаций потребуется около 20 подобных космических аппаратов.

Аналогичные разработки ведут канадские ученые, которые планируют создавать запутанные фотоны и «стрелять» ими с Земли в крошечные микроспутники «кубсаты» на околоземной орбите. Итальянские специалисты, в свою очередь, планируют запускать запутанные фотоны с зеркал, установленных на уже находящихся на орбите спутниках.

Другие источники: Cnews.ru, Lenta.ru

«Закрутить» свет в спираль

Учёным из университета Баффало (США) впервые удалось создать миниатюрный лазер, испускающий свет, «закрученный» в спираль, который позволит в разы ускорить интернет, сообщает журнал Science.

Специалисты утверждают, что им удалось решить одну из важнейших проблем современной IT-индустрии – «закрутить» свет в спираль, чтобы «уплотнить» передаваемую информацию внутри оптоволокна и добиться дальнейшего ускорения интернета. Спиральный лазерный луч, по словам учёных, позволяет передавать в четыре раза больше информации, затрачивая то же самое количество энергии, что и обычный поляризованный свет.

Физики из Баффало под руководством Лян Фэна создали миниатюрную «лазерную» версию оптической воронки — экзотического устройства, способного превращать обычный неполяризованный луч света или лазера в закрученную в спираль структуру. Подобные приборы создавались и раньше, однако это были сложные и громоздкие устройства, которые невозможно уменьшить до размеров микросхемы.

Команда Фэна решила эту проблему при помощи особых колец-резонаторов, основанные на эффекте шепчущих галерей, секрет которых известен человечеству еще со времен Средневековья. Этот феномен возникает в эллиптических или круглых помещениях — звук в окрестностях стен таких построек распространяется особым образом, благодаря чему даже тихий шепот можно легко услышать у стенки в противоположном конце здания.

Как недавно выяснилось, шепчущие галереи способны генерировать «закрученное» электромагнитное излучение, однако его нужно извлечь и заставить двигаться по спирали. Фэн и его сотрудники осуществили этот трюк, используя набор из зубцов из сплава индия, галлия, мышьяка и фосфора со строго отмеренной толщиной и длиной, приклеенных к кольцу резонатора.

По словам исследователей, подобная структура генератора оптической воронки легко может быть уменьшена до нескольких микрометров.

Источник: STRF.ru, 29.07.2016

27.09.2017 | Microsoft разработала язык программирования для создания квантовых приложений для смартфонов и ПК на базе Windows и других платформ. К концу года он будет доступен в линейке инструментов Visual Studio. С помощью нового языка программисты смогут протестировать свой код на специальном квантовом симуляторе. Об этом рассказал глава компании Сатья Наделла на конференции Ignite в Орландо.

Сатья Наделла уверен, что квантовые системы помогут решить глобальные мировые проблемы в области медицины и энергетики. Глава компании дал интервью The Wall Street Journal, в беседе также принял участие сооснователь Microsoft Билл Гейтс.Гейтс признал, что хотя он и обладает обширными знаниями в области математики и физики, квантовая теория пока ему недоступна. «Когда мне показывают слайды презентации о квантовых компьютерах, то для меня это китайская грамота».

И это очень правильное определение.

Наибольших успехов в квантовых технологиях добились китайские ученые. В сентябре в КНР запустили квантовую сеть для чиновников, а в августе прошлого года страна успешно отправила на орбиту Земли первый в мире спутник квантовой связи, использующий квантовую криптографию. Спутник уже поставил несколько рекордов. Так, он отправил запутанные частицы дальше, чем когда-либо прежде, а также смог передать квантовые ключи со спутника на Землю.

Источник: Хайтек

Квантовый компьютер

Основным элементом квантовых вычислительных систем являются квантовые биты, или кубиты. В то время как элементы классических компьютеров (биты) могут находиться только в двух состояниях (логический ноль и логическая единица), кубиты создаются на основе квантовых объектов, которые могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей.

Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Дело в том, что с ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. Результат — огромная скорость выполнения сложных задач.

Раньше сверхпроводящие кубиты «выживали» наносекунды, а теперь их удаётся удержать от декогеренции уже миллисекунды — это близко к тому времени, которое необходимо для вычислений. Но в случае с системой из десятков и сотен кубитов задача становится принципиально сложнее.

Российские ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Российского квантового центра для решения проблемы предлагают использовать многоуровневые квантовые системы — кудиты. В таких объектах число возможных состояний (уровней) больше двух, а поэтому каждый кудит способен работать как несколько «обычных» кубитов. Скажем, кудит с тремя-четырьмя уровнями может работать как система из двух «обычных» кубитов, а восьми уровней достаточно, чтобы имитировать трёхкубитную систему.

Исследователи показали, что на единственном кудите с пятью уровнями, реализованном с помощью искусственного атома, уже можно осуществлять полноценные квантовые вычисления.

Источник: Subscribe.ru, 25.07.2016

www.bizhit.ru