Квантовая интегральная микросхема является «сердцем» прототипа квантового вычислительного устройства, состоящего из классического компьютера и квантового «ускорителя». Есть несколько процессоров работающих квантовых вычислителей на разных платформах, и самый мощный из них – на кудитах», – рассказал гендиректор Росатома Алексей Лихачев, представляя квантовый компьютер президенту РФ. Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств.
Новости про квантовые компьютеры
На ежегодной конференции IBM по квантовым вычислениям Quantum Summit 2023 корпорация представила новейший 133-кубитный квантовый процессор Heron и первый модульный квантовый компьютер IBM Quantum System Two на его базе. На проходившем в июле Форуме будущих технологий глава «Росатома» Алексей Лихачев продемонстрировал президенту Владимиру Путину 16‑кубитный квантовый компьютер на ионах. Специалисты Национальной квантовой лаборатории в 2021 году сообщили о создании прототипа квантового компьютера совместно с РКЦ и ФИАНом. Это связано с тем, что текущее поколение квантовых компьютеров по-прежнему ограничено в лучшем случае чуть более чем тысячей кубитов.
Квантовый вызов потребует от бизнеса инвестиций
Чем больше мы хотим объединить кубитов, тем сильней они влияют друг на друга. Как следствие, начинают вылезать ошибки. Понятно, что нам нужны точные, безошибочные вычисления. Кроме того, в отличие от работы кремниевого устройства квантовые состояния довольно неустойчивые. Для защиты от разных внешних воздействий необходимы специальные условия.
Все это дает повод скептикам утверждать, что собрать одновременно много кубитов и обеспечить надежность, безошибочную работу такой большой системы никогда не удастся. Либо одно, либо другое. Но с таким же упорством скептики заявляли, что никогда не удастся достичь квантового превосходства, а это произошло. Важно, что таких примеров становится все больше.
Ключевой вопрос Квантовая криптография обеспечит полную защиту информации. Фото: iStock У лидеров собраны системы из сотен кубитов, движутся к тысячам, у нас 16. Грустная цифра. Руслан Юнусов: Год назад, когда у нас было 4 кубита, а у них сотни, я бы признал, что мы сильно отстаем.
Сейчас ситуация кардинально иная. Важно, что мы не только достигли 16 кубитов, главное - есть четкое понимание, как к концу 2024 года выйти на сотню, а затем и на тысячи кубитов. А также достичь квантового превосходства. На самом деле число кубитов - не самоцель.
Как я уже говорил, надо иметь не просто много кубитов, а много хороших кубитов. Например, ионный процессор одного из наших зарубежных коллег всего на 20-30 кубитах бьет системы с сотнями кубитов. И мы знаем, как из наших 16 сделать такую же точную систему. Реализовав "дорожную карту", рассчитанную до конца 2024 года, значительно сократим отставание от лидеров.
Сейчас разрабатывается новая концепция на период 2025-2030 годов. Лидеры обещают к 2030 году создать квантовый компьютер, который сможет решать самые разные практические задачи. А что планируем мы? Руслан Юнусов: Говорить об этом еще рано, работа над концепцией только началась.
Ее разрабатывают многие институты, вузы и корпорации. Крайне важно, что мы ощущаем полную поддержку со стороны государства. Все понимают значение этих работ для страны, для ее безопасности и суверенитета. Как санкции повлияли на наши работы?
Руслан Юнусов: По ряду позиций потеряем 1,5-2 года. Главное, что у нас много талантливых молодых сотрудников, которые, несмотря на все тревоги, продолжают работать. Визитная карточка Руслан Юнусов родился в 1976 году в башкирском городе Дюртюли. Окончил с отличием физфак МГУ.
Как нам объединить тысячи квантовых битов, или кубитов, воедино? Как мы сможем управлять ими? Как мы сможем качественно произвести, соединить и контролировать намного большее число кубитов? Даже измерение сигналов кубитов потребует совершенно новый класс низкотемпературной электроники, которой сегодня не существует».
Но решить какую-то задачу гораздо быстрее обычного компьютера, то есть «продемонстрировать квантовое превосходство», такой процессор пока не может — слишком нестабильны элементы. Подобные удачи, впрочем, уже случались. Физики из Китая, например, создали квантовый компьютер, работающий на фотонах, и за 200 секунд он провел бозонную выборку — это мегасложное вычисление, на которое могло уйти полмиллиарда лет работы самого быстрого суперкомпьютера. В этом году квантовый вычислитель обещают уже использовать в медицинских целях. Его установят в клинике города Кливленд в США. Он поможет выявлять новые штаммы вирусов и займется поиском лекарств от болезни Альцгеймера.
Но есть и опасения по поводу новой технологии. Наталья Малеева, старший научный сотрудник криолаборатории электронных систем НИТУ МИСиС: «Квантовый компьютер — это разложение больших чисел на простые множители, это несортированный поиск. Обе эти задачи часто вспоминаются в приложении к современной криптографии. Недавно китайские ученые заявили, что им хватило десяти кубитов для взлома 48-битного алгоритма шифрования. Подобный метод, хотя и посложнее, применяют в защите наших банковских счетов».
Ионы — это популярные кандидаты на роль кубитов. Их отличает высокая эффективность хранения квантовой информации и большое время когерентности. В новом устройстве физики использовали цепочку ионов иттербия, запертых в ловушке при низкой температуре. К 2024 году ученые планируют увеличить число кубитов до 20.
Квантовые компьютеры в России и мире: как развивается технология
Hi-Tech Mail. Первый в мире рабочий квантовый компьютер создали трое ученых из MIT, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Беркли еще в 1998 году. Это было несложное по современным меркам устройство на 2 кубита, которое на деле показывало работу теоретических принципов квантовых вычислений. С тех пор в гонку, помимо исследовательских институтов, включились коммерческие компании: IBM, Intel, Google, Microsoft, Alibaba и другие. За 25 лет прогресс в этой области дошел до создания квантового процессора на 1000 кубитов. Кубит квантовый бит — главная единица информации в квантовых вычислениях по аналогии с двоичным битом на привычных нам устройствах. У кубита есть суперпозиция, способность существовать в нескольких состояниях одновременно, тогда как классический бит может находиться лишь в одном — 0 или 1. Это делает квантовые вычисления во много раз производительнее и быстрее. Чаще всего кубиты это частицы меньше атома: электроны или фотоны, которые помещают, например, в магнитное поле.
Эта мера последовала за попытками США ограничить доступ Китая к ключевым полупроводниковым процессам. Официальные лица Вашингтона оказывают давление на своих международных партнёров, таких как Япония и Нидерланды, требуя присоединиться к торговым санкциям в отношении Китая, который США рассматривают как геополитического и потенциально военного соперника. В основе разработки лежит нитрид галлия GaN , десятилетиями использующийся для выпуска синих светодиодов. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3. И первые, и вторые операции можно выполнять с помощью пар запутанных фотонов. Другое дело, что их запутывание остаётся относительно сложным процессом, требующим особенных источников света, к примеру, на основе нитрида кремния или фосфида индия. Переход на нитрид галлия, хорошо знакомый производителям светодиодов и чипов, позволит шире и мощнее использовать квантовые каналы связи, а также подумать о создании квантовых систем на чипе.
Разработанный китайскими учёными источник запутанных фотонов представляет собой вытравленное на плёнке нитрида галлия кольцо диаметром 120 мкм сама плёнка выращена на сапфировой подложке традиционным способом. При освещении кольца лучом лазера в инфракрасном диапазоне часть фотонов оказываются в своеобразной ловушке и начинают перемещаться по кольцу. Некоторые из таких частиц становятся резонансными парами. Резонансные пары, в свою очередь в процессе так называемого четвертьволнового смешения — известного явления в нелинейной оптике кольцо из нитрида галлия — это и есть нелинейный оптический канал , порождают новую пару уже запутанных друг с другом частиц. Измерения показали, что возникающая в кольце нитрида галлия запутанность такого же качества, как и в случае с другими квантовыми источниками света. Иными словами, предложенное решение можно брать на вооружение при проектировании оборудования для квантовых каналов связи и для квантовых процессоров. Более того, диапазон длин волн у GaN-источника света простирается до 100 нм против 25,6 нм у «традиционных» источников света.
А это, в свою очередь, позволит расширить и уплотнить каналы передачи квантовой информации. По словам разработчиков, помимо квантового источника света, GaN также является многообещающим материалом для изготовления других компонентов квантовых схем, включая лазер с накачкой и детекторы лёгких частиц. Решением проблемы станет открытие квантовой памяти, которая позволит сохранять и считывать квантовые состояния без разрушения. Это сняло бы проблему квантовых повторителей и развёртывания глобальных сетей квантового интернета. Источник изображений: Imperial College London Группа учёных из Имперского колледжа Лондона предложила свой способ решения этих проблем. Они создали и испытали платформу по записи квантовых состояний фотонов в облаке атомов рубидия. Нейтральные холодные атомы, как хорошо известно, часто выступают в роли платформ с ярко выраженными квантовыми свойствами.
Исследователи создали целую систему для генерации фотонов, преобразования их длин волн в необходимую для передачи по волоконно-оптической сети и записи в облако атомов рубидия. Своеобразным активатором «памяти» стал лазер, импульс которого включал её и отключал. Фотоны генерировались квантовыми точками, а затем с помощью фильтров и модуляторов им придавалась другая частота, соответствующая длине волны 1529,3 нм для передачи по оптике. До попадания в облако атомов рубидия частота фотонов подвергалась ещё одной корректировке, но уже с прицелом на то, чтобы атомы рубидия могли их поглощать. Такую память назвали ORCA нерезонансное каскадное поглощение. Лазерный импульс, о котором упоминали выше, своим воздействием менял свойства атомов рубидия по поглощению фотонов. Эксперименты показали, что система может работать на стандартном оптоволоконном оборудовании.
Очевидно, что для внедрения этой разработки в практику пройдут годы, если не десятилетия, но это уже тот результат, который можно развивать. К счастью, он такой не один и что-то может стать реальностью намного раньше. Например, предложенная датчанами оптико-механическая квантовая память на запоминании квантовых состояний фотонов в фононах. Но это уже другая история. Решение Microsoft не только снижает частоту появления ошибок, но также позволяет исправлять ошибки, что открывает путь к коммерческим квантовым системам и новой эре в вычислениях. Источник изображения: Microsoft Современные квантовые платформы подвержены шуму и поэтому ошибки вычислений на них неизбежны и многочисленны. Например, согласно анализу специалистов Google, для достижения полной безошибочности вычислений каждый логический кубит должен состоять из 1000 физических кубитов.
Тем самым коммерчески значимый квантовый компьютер из 1000 логических кубитов, на которых будут исполняться алгоритмы, должен состоять из 1 млн физических кубитов. Это будет безумно дорого, но также неэффективно уверяют в Microsoft. Иначе говоря, необходимы такие решения, которые помогут снизить как частоту появления ошибок физических кубитов, так и логических. Это позволит создавать логические кубиты из меньшего числа физических кубитов и быстрее приведёт к появлению коммерчески значимых квантовых систем, ведь, худо-бедно, а собрать сегодня платформу из 1000 физических кубитов — это реально. Используя квантовую платформу компании Quantinuum на ловушках ионов и фирменный процессор Quantinuum H2, команда исследователей смогла объединить 30 физических кубитов в четыре высоконадёжных логических кубита. На этих четырёх кубитах было запущено свыше 14 тыс. Отдельные эксперименты были посвящены исправлению ошибок логических кубитов без разрушения их состояния.
По мнению постановщиков экспериментов — это прорыв и начало новой эры квантовых вычислений. Это шаг в правильном направлении для квантовых вычислений. Остается ещё много проблем, которые предстоит решить, а затем повсеместно внедрить, но теоретически компьютер со 100 такими логическими кубитами уже может быть полезен для решения некоторых задач, тогда как система с 1000 кубитами, по словам Microsoft, «может обеспечить коммерческое преимущество». Работа специалистов Microsoft, посвящённая этому исследованию, свободно доступна по ссылке. С кубитами в квантовых процессорах аналогичный подход может дать больше выгоды. Они тоже могут быть многоуровневыми, что увеличит плотность без усложнения архитектуры, а масштабирование квантовых систем пока является большой проблемой. Российские физики выбрали путь использования многоуровневых кубитов и это приносит результат.
Выпущенный в России 8-кубитный процессор. Лебедева и МФТИ, в которой доказана эффективность кутритов — трёхуровневых квантовых систем. Работа освещает два важных аспекта. Во-первых, это независимость от выбора платформы — кубит может быть в принципе любым. Во-вторых, один многоуровневый кубит может заменить два обычных для исполнения алгоритма. В качестве дополнительного эффекта можно ещё назвать симуляцию физических явлений, которые не поддаются расчётам на классических компьютерах. Идентичность результатов указывает на высокую достоверность и воспроизводимость расчётов на разных аппаратных средствах и, конечно, на справедливость квантовых постулатов.
И, конечно, тот факт, что мы впервые использовали ионные и сверхпроводящие кутриты также выделяет данное исследование: в мире насчитывается всего несколько групп, которые овладели этим методом», — сообщил директор Физического института им.
Путин подтвердил запуск Сибирского кольцевого источника фотонов в 2025 году. Время на сохранение квантов увеличили физики Китая. Взгляд в будущее : квантовый интернет. Физики РФ ускорили логические операции на сверхпроводящих квантовых компьютерах.
В январе 2024 г. Ранее D-Wave заявляла также о важных результатах исследований, демонстрирующих успешное устранение квантовых ошибок QEM в прототипе Advantage2. Проблема квантовых систем в том, что они страдают от вычислительных ошибок из-за шума в окружающей среде.
Российские достижения Российские разработчики тоже работают над квантовыми технологиями, но соревнуются пока внутри страны. Ученые из МФТИ сообщили о запуске первого российского 12-кубитного квантового процессора в январе 2024 г. Цифровизация По словам разработчиков, пока их изобретение можно использовать только для исследовательских целей.
Квантовые компьютеры в России и мире: как развивается технология
Google открыл свободный доступ к фреймворку для программирования квантовых комьютеров и эмулятору такого компьютера. способность квантовых компьютеров решать задачи, недоступные обычным вычислительным машинам. Первый в мире рабочий квантовый компьютер создали трое ученых из MIT, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Беркли еще в 1998 году.
Новости про квантовые компьютеры
Новости из Китая. Китайские исследователи, факторизовав 48-битное число на доступном им 10-кубитном квантовом компьютере, подсчитали, что масштабировать их алгоритм для использования с 2048-битными числами можно при помощи квантового компьютера всего. Atom Computing получил квантовый компьютер на 1180 кубитов, IDC: Классические компьютеры иссякнут в следующем десятилетии, Google сообщила о создании самого мощного квантового компьютера, Microsoft развивает квантовые вычисления, IBM создаёт самый. Есть несколько процессоров работающих квантовых вычислителей на разных платформах, и самый мощный из них – на кудитах», – рассказал гендиректор Росатома Алексей Лихачев, представляя квантовый компьютер президенту РФ.
Обратная связь
- Технотренды 2024: Квантовый компьютер можно будет взять в аренду
- Международная гонка кубитов
- РАН: «Росатому» на квантовый компьютер не хватит времени и денег
- Microsoft открыл «новую эру» в области квантовых компьютеров
- Новости про квантовые компьютеры
- Квантовый вызов потребует от бизнеса инвестиций / Экономика / Независимая газета
Глава IBM уверен, квантовым компьютерам найдут коммерческое применение уже через несколько лет
Это связано с тем, что текущее поколение квантовых компьютеров по-прежнему ограничено в лучшем случае чуть более чем тысячей кубитов. Впрочем, поток многообещающих новостей не должен затмевать простого факта: квантовые компьютеры пока не сделали ничего практически полезного. Последние новости России и мира в области квантовых технологий и квантовой физики. Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. «В области производства квантовых компьютеров всё идёт в соответствии с графиком, 20 кубитов нам обещает Росатом показать в конце этого года. Разработка квантового компьютера на холодных ионах кальция – один из самых молодых проектов центра.
Новости про квантовые компьютеры
Есть несколько процессоров работающих квантовых вычислителей на разных платформах, и самый мощный из них – на кудитах», – рассказал гендиректор Росатома Алексей Лихачев, представляя квантовый компьютер президенту РФ. перед нами квантовый интернет и квантовый компьютер, это почти телепортация Квантовый компьютер, Квантовая запутанность, Достижение, Наука, Исследования, Новости, Длиннопост. В Китае готовы запустить 504-кубитный квантовый суперкомпьютер и уже разработали 1000-кубитный. Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. На ежегодной конференции IBM по квантовым вычислениям Quantum Summit 2023 корпорация представила новейший 133-кубитный квантовый процессор Heron и первый модульный квантовый компьютер IBM Quantum System Two на его базе.
Регистрация
- Искусственный интеллект / ИТ Новости
- Почему от квантового компьютера зависит национальная безопасность и когда он появится в России
- Сверхбыстрые кванты: ускорение вычислений на сотни миллиардов лет - «Ведомости. Наука»
- Все новости
Создан рекордно мощный квантовый компьютер
Об этом сообщает ТАСС. Ионы — это популярные кандидаты на роль кубитов. Их отличает высокая эффективность хранения квантовой информации и большое время когерентности. В новом устройстве физики использовали цепочку ионов иттербия, запертых в ловушке при низкой температуре.
Если городов в условии будет больше 66, обычному компьютеру понадобится несколько миллиардов лет, чтобы решить её простым перебором. И тут на помощь приходят квантовые компьютеры, которые могут решать такие задачи в миллионы раз быстрее обычных. Дело в том, что вместо привычных битов у квантовых компьютеров — кубиты. Физически это уже не транзисторы, а квантовые частицы — обычно фотоны или протоны. В отличие от бита, кубиты могут не только равняться 0 или 1, но и принимать любые значения между ними. Благодаря этому квантовый процессор может выполнять несоизмеримо больше операций за один такт.
Как работает квантовый компьютер Как мы отметили ранее, квантовый компьютер использует два классических понятия из квантовой механики: принцип суперпозиции и спутанность. Суперпозиция — это способность квантовой частицы находиться сразу в нескольких состояниях одновременно. У суперпозиции есть интересное свойство: она тут же «схлопывается» при появлении наблюдателя. Представьте, что вы подбросили монету и смотрите, как она вращается. Вы не можете точно сказать, что она сейчас вам показывает — орла или решку, всё вращается, ничего не понятно, остановите это кто-нибудь. Но стоит вам только «прихлопнуть» монетку на ладони, всё становится ясно. Точно так же ведёт себя и кубит — пока вы не воздействуете на него измерительным прибором, он так и будет пребывать сразу во всех состояниях между нулём и единицей. Звучит странно, но это одна из главных заповедей квантовой механики. Вокруг суперпозиции вообще ведётся много споров в научных кругах — взять хотя бы знаменитый парадокс кота Шрёдингера, который то ли жив, то ли мёртв, то ли вообще живёт сразу в нескольких параллельных вселенных.
Читайте также: Кот Шрёдингера: что это за эксперимент и в чём его смысл Мало нам суперпозиции — чтобы вычисления совершались, кубиты должны быть связаны между собой. И если в обычной машине эту роль берут на себя токопроводящие дорожки, в квантовой нас выручает квантовая спутанность. Например, в лабораторных условиях мы можем получить несколько фотонов в спутанном состоянии — и тогда, где бы эти фотоны ни оказались, хоть на разных концах Вселенной, они будут связаны между собой. Если изменить состояние одной, тут же изменятся и другие спутанные с ней частицы. Звучит совсем как магия, но это реальный физический закон: с его помощью учёные научились телепортировать квантовое состояние на многие километры. Чем квантовый компьютер лучше обычного Благодаря тому, что кубиты находятся сразу в нескольких состояниях и связаны между собой, квантовые машины могут параллельно перебрать сразу все варианты решения — в отличие от обычных компьютеров, которые перебирают варианты последовательно и довольно медленно. Можно условно сравнить это с калейдоскопом: если с обычным компьютером вам нужно покрутить прибор, чтобы получить разные картинки, то квантовый уже давно всё «покрутил» и сложил в одно большое полотно — осталось как-то достать из него нужный фрагмент. И здесь уже начинаются сложности — дело в том, что квантовые компьютеры выдают не точные результаты, а вероятностные, то есть приближённые к реальности.
Создан первый квантовый компьютер на базе 48 логических кубитов. IBM разработала квантовый чип на 1000 кубитов. MIT планирует продемонстрировать лазеры с улучшенной квантовой способностью отслеживания времени. Физики из Венского Технологического Университета обнаружили фундаментальное ограничение, которое может установить предел производительности крупномасштабных квантовых компьютеров.
Лебедева РАН при координации госкорпорации Росатом. Проект был запущен в 2019 году. На сегодняшний день в мире существуют квантовые компьютеры на ионах, вмещающие до 32 кубитов.
Новый вид кубита стал самым идеальным вариантом для создания квантового компьютера
| Что такое квантовый компьютер и как он работает | Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. |
| Квантовые компьютеры в России и мире: как развивается технология | Обсуждение последствий появления мощного квантового компьютера, способного взламывать сегодняшние алгоритмы шифрования, может напомнить дискуссии по поводу «Проблемы 2000». |