Новости / Компьютеры. Прибор найдет применение в квантовых компьютерах. Разработка квантового компьютера на холодных ионах кальция – один из самых молодых проектов центра.
Новый вид кубита стал самым идеальным вариантом для создания квантового компьютера
Прибор найдет применение в квантовых компьютерах. Впрочем, поток многообещающих новостей не должен затмевать простого факта: квантовые компьютеры пока не сделали ничего практически полезного. Квантовый компьютер Google способен сократить до нескольких секунд вычисления, на которые у суперкомпьютера ушло бы около 50 лет. Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств.
Квантовые технологии в России 2023
Квантовые компьютеры, безусловно, станут новой, прорывной эпохой в области вычислений. Квантовый компьютер Google способен сократить до нескольких секунд вычисления, на которые у суперкомпьютера ушло бы около 50 лет. Это связано с тем, что текущее поколение квантовых компьютеров по-прежнему ограничено в лучшем случае чуть более чем тысячей кубитов. Квантовая интегральная микросхема является «сердцем» прототипа квантового вычислительного устройства, состоящего из классического компьютера и квантового «ускорителя». Чтобы этого избежать, выберите "Отмена" и войдите в аккаунт на компьютере.
Квантовые технологии в России 2023
Последние новости России и мира в области квантовых технологий и квантовой физики. Разработка квантового компьютера на холодных ионах кальция – один из самых молодых проектов центра. Что такое квантовый компьютер и с кем придется конкурировать России при его разработке? 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. Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств.
Команда российских ученых создала квантовую систему на мировом уровне
Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств. Новости / Компьютеры. Но это не есть квантовый компьютер, поскольку при работе квантовых компьютеров неизбежны ошибки, которые возникают при выполнении операций. Проблема в паролях: сегодняшние компьютеры защищаются от своих современников, а на квантовых скоростях подбор любого ключа может стать тривиальной задачей. 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.
Разработчик квантовых компьютеров IonQ поможет в модернизации энергосистемы США
Об этом "РГ" беседует с одним из пионеров создания отечественных квантовых технологий и сооснователем Российского квантового центра Русланом Юнусовым. Среди важнейших приоритетов технологического суверенитета России названы квантовый компьютер, а в целом квантовые технологии. На них уже выделены многие миллиарды, а в перспективе суммы должны значительно увеличиться. Но почему они выходят на первый план? Чем не устраивают обычные суперкомпьютеры, которые решают задачи с фантастической скоростью 1015 операций в секунду. А уже в планах 1018. Руслан Юнусов: Конечно, суперкомпьютеры успешно работают в самых разных сферах жизни, но есть много задач, перед которыми даже они пасуют.
Сколько бы степеней быстродействия вы ни прибавляли. Вот вроде бы элементарная задача - разложение числа на простые множители. Скажем, 10 делится на 2 и 5. Но если начнете увеличивать число на несколько знаков, то сложность вычисления вырастет многократно. Например, над числом из сотен цифр мощный суперкомпьютер будет возиться несколько миллиардов лет, а возможно, вообще не справится. Квантовому хватит нескольких минут.
Задача коммивояжера не под силу даже суперкомпьютеру А можно пример задачи из реальной жизни? Руслан Юнусов: Например, коммивояжеру, чтобы объехать сто клиентов, требуется выбрать лучший маршрут. Вроде бы можно довериться Яндекс. Но он находит хорошее решение, а не самое лучшее. Причем с каждой новой точкой задача сразу усложняется в 10, 100, 1000 и так далее раз. Это специфический класс оптимизационных задач, которые решаются перебором огромного количества вариантов.
И здесь квантовому компьютеру нет равных - в сравнении с ним даже самый мощный суперкомпьютер больше напоминает примитивный калькулятор. То есть квантовые компьютеры не вытеснят обычные, а займут свою нишу? Руслан Юнусов: Именно так. Назову области применения, которые очевидны уже сегодня. Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств. Он сможет взломать системы современного шифрования, но в то же время квантовая криптография защитит информацию на фундаментальном уровне.
Ждут появления полноценного квантового компьютера финансисты и климатологи. Первым он крайне необходим для моделирования рынков и финансовых операций, вторым - для составления более точных сценариев климата и прогнозирования погоды. Даже самый мощный суперкомпьютер, по сравнению с квантовым, больше напоминает примитивный калькулятор Но я назвал только то, что мы знаем уже сейчас. Вы удивитесь, но на самом деле мы даже не представляем, на что по большому счету способен квантовый компьютер, в какие сферы он может проникнуть. Так происходит с большинством прорывных технологий. Руслан Юнусов: Да, аналогичная ситуация была когда-то с обычными компьютерами.
Их авторы создавали устройства под вполне конкретные задачи. Они были уверены, что жителям Земли, чтобы решить свои проблемы, достаточно примерно тысячи таких машин.
После того как мы поставим новый, немного изменим систему привязки к нему лазера. Хотим использовать схему injection locking. Смысл такой: берем свет, прошедший через резонатор, и заводим его в лазерный диод, и этот лазерный диод начинает генерировать точно такое же излучение, какое прошло через резонатор.
Излучение, пройдя через резонатор, становится очень чистым. В итоге мы глубоко улучшаем лазерную систему, которая используется для взаимодействия с ионами. Нам надо, чтобы они двигались всегда одинаково, а сейчас они двигаются в течение большого промежутка времени — дня например, немного по-разному. С высокой достоверностью — В целом удается повысить достоверность? Мы далеко продвинулись, но последние проценты всегда самые сложные.
Мы также увеличиваем время когерентности нашей системы, модернизируя систему компенсации магнитного поля вблизи иона. Добиваемся, чтобы магнитное поле было одинаковым и стабильным. Раньше мы для этого использовали катушки и прецизионные источники тока, сейчас переходим на постоянные магниты. Это тоже должно расширить спектр задач, которые мы сможем решать на нашем компьютере. Таким образом, мы модернизируем почти все компоненты компьютера и параллельно в соседней комнате собираем еще один.
Обращаются с запросом много научных групп, но, к сожалению, большинству мы вынуждены отказывать, потому что стоим перед выбором: либо предоставить им компьютер, либо модернизировать его. И чаще выбираем модернизацию. Хотя бы примерно. Чтобы посчитать молекулу гидрида лития, запускается около 200 цепочек расчетов. Там довольно сложные алгоритм и постобработка.
Каждую цепочку нужно запускать от 1 тыс. Кроме того, мы бы хотели провести научные исследования, чтобы масштабировать квантовые компьютеры. Для этого нужен третий компьютер, а лучше и четвертый. Мы сейчас работаем с трехмерными ловушками.
Исследования ученых ФТИ им. Иоффе проводятся в рамках Дорожной карты «Квантовые вычисления», разработанной «Росатомом» и утвержденной в июле 2020 года. Напомним, уже на следующей неделе в России стартует Форум будущих технологий , в рамках которого как раз будут обсуждать квантовые технологии и их роль в технологическом развитии страны.
Для того чтобы он нормально работал, температура возле него должна быть близкой к абсолютному нулю. Чем дольше кубит способен хранить информацию, тем меньше ошибок получается в результате вычислений. Мы привыкли, что обычные компьютеры практически никогда не делают ошибок, и работают строго в соответствии с заданной программой, однако еще несколько десятилетий назад это было не так. Так и с квантовыми компьютерами, — чем выше будет надёжность кубитов, тем более сложные алгоритмы они смогут выполнять. Недавно мы с коллегами из МГТУ им. Баумана собрали другой, двухкубитный процессор, у которого кубиты имели время жизни около 100 микросекунд — это сопоставимо с американскими и китайскими сверхпроводниковыми квантовыми процессорами, которые в мире считаются наиболее продвинутыми. Почему вы до сих пор не числитесь среди лидеров? К примеру, нашему долгоживущему процессору не хватает примерно 50-100 кубитов. Микроволновое оборудование для управления квантовым процессором. Совсем недавно IBM презентовала 433-кубитный процессор, но подробные результаты пока не опубликованы. Чего же вам не хватает для того, чтобы сделать это?
Квантовые технологии в России 2023
Объемная запутанность, которая, как считается, имеет решающее значение для достижения «квантового преимущества» превосходства над классическими компьютерами , особенно сложна для изучения традиционными методами. Однако данная методика позволяет ученым эффективно создавать и анализировать ее. Помимо непосредственного применения, это исследование имеет и более широкое значение. Оно открывает путь к изучению сложных квантовых систем, которые в настоящее время недоступны даже для самых мощных суперкомпьютеров.
По данным QuantumCTek, чип Xiaohong используется для проверки килокубитной системы, уже разработанной компанией независимо. Международная гонка кубитов Доцент CAS Лян Футянь Liang Futian сказал, что ключевые показатели чипа Xiaohong, как ожидается, достигнут уровня производительности чипов основных международных облачных платформ квантовых вычислений, таких как IBM.
IBM заявила о выпуске чипа на тысячу кубитов в декабре 2023 г. Журнал Nature назвал его первым в мире. В январе 2024 г. Ранее D-Wave заявляла также о важных результатах исследований, демонстрирующих успешное устранение квантовых ошибок QEM в прототипе Advantage2.
Вторая стратегия, которую изучали специалисты IBM — разработка методов уверенного производства кубитов высокого качества и в больших количествах. На протяжении нескольких лет IBM следовала плану регулярного увеличения количества кубитов: примерно в два раза каждый год.
В 2021 году компания представила процессор на 127 кубитов, год спустя — на 433. У «Кондора» 1121 кубит, расположенные в форме сот. Вдобавок они стали занимать вполовину меньше места. В дальнейших планах компании объединить процессоры Condor, Heron, а также Flamingo на 156 кубитов, который появится следующем году, в более крупные системы Crossbill или Kookaburra. Казалось бы, ленточные накопители в вычислительной технике безвозвратно ушли в прошлое вместе с гигантскими компьютерами и перфокартами, но компания IBM еще изготавливает картриджи формата LTO для серверов.
Есть вентили, которые из неопределённого состояния переводят кубиты во что-то понятное, а есть такие, которые делают наоборот — из конкретного "базисного" состояния отправляют обратно в суперпозицию. А поскольку они у нас состоят в отношениях, стало быть, партнёр немедленно отреагирует на такое дело. Тоже "перевоплотится".
И благодаря всему этому получается следующее. Раз один кубит — это сразу две разных ситуации, то, можно сказать, что он соответствует двум обычным битам, потому что бит — это всегда одно из двух: либо 1, либо 0. Если кубит дружит с другим кубитом, то мы от их дружбы имеем сразу четыре разных варианта — значит, четыре бита. Присоединяется к ним третий — от их взаимодействия получаем уже восемь битов. А когда их компания насчитывает 300 человек, простите, кубитов, то это означает две в трёхсотой степени битов, а это, простите, примерное количество частиц во всей Вселенной. Считается, что первыми квантовый компьютер создали в компании IBM, это было в 2001 году, и компьютер тот был семикубитным. То есть в нём работали семь частиц, "запутанных" друг с другом. А вот, к примеру, 51 кубит, версия 2017 года.
Наша отечественная, кстати. Творение Российского квантового центра, который одним из первых поселился в Сколково. На фото внизу — модель 2017 года от канадской компании D-Wave. Две тысячи частиц. Но здесь нужна оговорка: насчёт предыдущей версии на 1000 кубитов известно, что они не все взаимосвязаны, а разделены на кластеры по восемь штук. Устроены такие компьютеры по похожему принципу: тончайший слой металла например алюминия охлаждают почти до абсолютного нуля то есть почти до -273 градусов Цельсия, холоднее не бывает , и в таких условиях его атомы приобретают сверхпроводящие свойства, то есть проводят ток безо всякого сопротивления. Потом на частицы воздействуют радиочастотными сигналами, и в итоге получают полноценные кубиты. Разработчики уверяют, что это открывает невообразимые возможности для передачи информации.
квантовый компьютер
Изображение C. Это устройство представляет собой структуру, центром которой является квантовая точка - искусственный полупроводниковый объект с предельно малыми размерами, обладающий многими свойствами одиночного атома. В силу своих уникальных характеристик квантовые точки являются квантовыми объектами, излучающими абсолютно одинаковые неразличимые одиночные фотоны, которые могут использоваться в качестве кубитов в квантовых вычислительных устройствах», - сообщил заведующего Лабораторией квантовой фотоники ФТИ им. Иоффе Алексея Торопова.
О том, как быстро российские ученые наращивают потенциал, двигаясь к созданию квантового компьютера, что им мешает, о чем мечтает молодой специалист по квантовой физике в России, мы побеседовали с научным сотрудником лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСИС Ильей Москаленко. Илья Москаленко возле криостата. Золотистый короб криостата экранирует квантовый процессор от влияния тепловых шумов. Фото: МИСИС Наверняка для большинства наших читателей-гуманитариев значения терминов «квантовый процессор» или «кубит» до сих пор представляются чем-то из области фантастики. Но поскольку мир движется именно к этому виду вычислительной техники, который, возможно, совсем скоро заменит наши обычные «битовые» компьютеры, разбираться в этой непростой теме немного надо. Тем более, что и повод информационный имеется, — создание первого в стране четырехкубитного процессора на сверхпроводниках. Справка «МК».
Компьютеры, которыми мы сейчас повсеместно пользуемся, используют в качестве единицы информации бит сигнал, который может принимать два значения: включено или выключено — 0 или 1. Кубит — как единица информации квантового компьютера в роли которой может выступать структура из сверхпроводящего металла, напыленного на кремниевую пластину , также может быть в позиции 0 или 1, но при этом способен находиться и в их суперпозиции то есть быть и нулем, и единицей одновременно. Такая суперпозиция позволяет процессору, состоящему из многих кубитов, делать параллельные вычисления за максимально короткое время, на несколько порядков превышающее возможности современных компьютеров. Кубиты из чистого алюминия на схеме они представлены крестиками нанесены на кремниевую пластину по соответствующему рисунку.
Каждый предлагаемый тип архитектуры имеет различные проблемы масштабирования и качества. Компания считает, что ее подход — единственный, который позволит создать квантовый компьютер объемом 1 млн физических кубитов — масштаб, в котором мы можем решать практические задачи. Atomico с гордостью объявляет о своем партнерстве с PsiQuantum, возглавив последний раунд финансирования фирмы.
В Atomico мы сотрудничаем с амбициозными основателями, обеспечивающими трансформационные изменения во всех аспектах нашего общества и экономики, и мы верим, что квантовые вычисления изменят мир, обеспечивая технологический прогресс, который решит самые насущные проблемы человечества. Мы также верим, что сильная команда PsiQuantum и невероятные научные открытия делают ее такой компанией Основанный на фотонике отказоустойчивый подход PsiQuantum имеет много преимуществ по сравнению с другими подходами. Фотоны по своей природе малошумны, не взаимодействуют друг с другом и не ощущают тепла. Это позволяет работать при более высокой температуре. Это также означает, что управляющая электроника может располагаться прямо на микросхеме — требование для больших систем с исправлением ошибок. Кубиты можно передавать между чипами с помощью обычного оптоволокна; это важно, потому что никто не может построить целый квантовый компьютер на одном чипе — поэтому кубиты должны иметь возможность перемещаться между чипами.
Если это демонстратор квантового компьютера, в котором будет несколько десятков квантовых бит информации и который будет выполнять какие-то простейшие программы, то это реально. У нас был более простой проект, в ближайшее время 50 кубитов должны создать, посмотрим, сделают или нет. Но это не есть квантовый компьютер, поскольку при работе квантовых компьютеров неизбежны ошибки, которые возникают при выполнении операций. Поэтому в квантовые компьютеры нужно встраивать дополнительные элементы, которые управляют исправлением ошибок при вычислении.
И тогда количество кубитов, необходимых даже для простых программ, резко возрастает. Речь должна идти о тысячах, десятках тысяч кубитов, чтобы простейшие программы выполнять. И вот это к 2024 году вряд ли будет.
VK будет развивать квантовые вычисления на своей облачной платформе
Арвинд Кришна уверен, специалисты в области квантовых вычислений, в том числе и в рамках нового сотрудничества, будут шаг за шагом продвигаться вперёд, пока квантовые технологии не позволят решать повседневные задачи, с которыми не могут справиться суперкомпьютеры, или же затраты на их решение будут слишком велики. Возможностей квантовых компьютеров с 4000 или 10 000 кубит будет достаточно, чтобы заняться решением проблем в коммерческом сегменте рынка.
Устройство помещено в гладкий стеклянный корпус объемом 9 кубических футов. Компания собирается в 2023 году создать квантовый компьютер с 1121-кубитовым процессором. Долгосрочная цель — построить квантовую систему на миллион кубитов. Компания считает, что появление систем с 1000 кубитами снимет ограничения для коммерческого использования квантовых систем.
Это самый мощный коммерческий квантовый компьютер в Европе, который имеет процессор в 27 кубитов. Систему будет использовать научно-исследовательский институт Фраунгофера. Контролируемые кубиты Intel в январе 2018 года объявила о поставке тестового квантового процессора с 49 кубитами под названием Tangle Lake. Но более интересна работа другого подразделения компании, которое пытается разработать кубиты из традиционного кремния. Это открывает возможности для производства крошечных квантовых процессоров с миллионами кубитов, которые можно охлаждать почти до абсолютного нуля. Кстати, компания работает и над этим.
Horse Ridge в будущем поможет масштабировать многокубитовые квантовые системы. Она занялась выпуском общедоступных 5-кубитных чипов.
Энергоэффективность Потребляемая мощность является критическим фактором для любого устройства, работающего на электричестве. Огромному массиву процессоров требуется изрядное количество блоков питания для поддержания их производительности.
Самый быстрый суперкомпьютер в мире Sunway TaihuLight по состоянию на апрель 2017 года потребляет 15,37 МВт электроэнергии. Однако, это становится захватывающим с квантовыми компьютерами. Поскольку они используют квантовое туннелирование , они уменьшат энергопотребление в 100-1000 раз. Альтернативные реальности Согласно квантовой физике, мы имеем дело с тем, что называется Мультивселенной, где проблема может иметь много или бесконечное количество возможных решений.
Например, вы можете читать эту статью на своем Macbook. В другом вы, возможно, читаете это по мобильному телефону во время путешествия. Квантовый компьютер может выполнять «n» задач в «n» параллельных вселенных и достигать конечного результата. Если традиционный компьютер делает «N» вычисления в «N» секунд, квантовый компьютер может выполнить «N 2» вычисления в то же время.
Компьютер сделал это, изучая 200 миллионов возможных ходов в секунду. Вдали от способностей человеческого мозга! Но если бы это была квантовая машина, она бы рассчитала 1 триллион ходов в секунду, 4 триллиона ходов за 2 секунды и 9 триллионов ходов за 3 секунды. Почему сложно построить квантовые компьютеры Проблема с квантовым компьютером - стабильность.
Оказывается интерференция, любой вид вибрации расстроит вибрацию атомов, создавая ерунду. Электроны в квантовой механике ведут себя как волны и описываются волновой функцией. Эти волны могут мешать, вызывая странное поведение квантовых частиц, и это называется декогеренцией. Низкая температура Температура, необходимая для поддержания стабильного состояния для лучшей производительности, должна быть действительно низкой.
Чтобы квантовые компьютеры работали, атомы должны быть стабильными.
В России создано нескольких квантовых компьютеров на разных технологических платформах, самый мощный из них — 16-кубитный квантовый компьютер на ионах. Благодаря совместной работе ученых из университетов и академических институтов при координации Росатома в стратегически значимом направлении квантовых вычислений за несколько лет удалось показать хорошую динамику. В 2020 Россия не обладала достижением в виде кубитов на ионах и располагала только 2 кубитами на других платформах, сегодня же российские ученые добились результата в 16 кубитов на нескольких платформах, при этом наибольшую вычислительную мощность показывает ионный процессор. До конца 2024 года планируется увеличить число кубитов до 50-100, что позволит решать задачи, которые обычный компьютер решать не сможет или будет делать это очень долго.
Что такое квантовый компьютер и как он работает
В России также активно развивают квантовые вычисления: Росатом работает над созданием отечественного квантового компьютера, и в стране уже создан 20-кубитный квантовый компьютер с планами на расширение до 50 кубитов, а также разрабатывается специализированное программное обеспечение, сообщает ТАСС. Фото: commons.
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.
К 2024 году ученые планируют увеличить число кубитов до 20. Подробнее об российских квантовых компьютерах вы можете прочитать в материале «Квантовое преследование». Нашли опечатку?
Квантовое преследование Александр Дубов В гарвардском квантовом симуляторе на холодных атомах 256 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. Новая технология подавления ошибок от Q-CTRL увеличивает производительность квантовых алгоритмов в тысячи раз.