В последние несколько лет в заголовках научных статей и новостей все чаще стали упоминаться квантовые компьютеры. Что собой представляет этот вид вычислительной техники, как работает, и какие перспективы подарят квантовые вычисления? Квантовое преимущество — способность квантовых вычислительных устройств решать доступные классическим компьютерам проблемы, но быстрее. Ему все еще предстоит продемонстрировать многокубитные операции, которые необходимы для универсальных квантовых компьютеров. В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «квантовый компьютер». Все статьи перед публикацией проверяются, а новости публикуются только на основе статей из рецензируемых журналов.
Квантовые компьютеры
| Microsoft открыл «новую эру» в области квантовых компьютеров | Digital | Новости | | Что такое квантовый компьютер и с кем придется конкурировать России при его разработке? |
| Путину показали самый мощный квантовый компьютер в России — 13.07.2023 — В России на РЕН ТВ | Рассказываем, как появился первый квантовый компьютер, сколько кубитов в современных процессорах и какие задачи они могут решать. |
Квантовые компьютеры
Компания Microsoft совместно с разработчиком квантовых компьютеров Quantinuum сообщила о разработке методологии, которая позволяет значительно снизить частоту появления ошибок при исполнении квантовых алгоритмов. Разработка квантового компьютера на холодных ионах кальция – один из самых молодых проектов центра. Квантовый компьютер – новый вид вычислительного устройства, принцип действия которого основан на поведении микроскопических объектов и квантовых явлениях «суперпозиции» и «запутанности». Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. В IBM решили сосредоточится на разработке чипов меньшего размера с новым подходом к «исправлению ошибок», пишет служба новостей Nature. IBM представила первый квантовый компьютер с более чем 1000 кубитами — эквивалентом цифровых битов в обычном.
Почему от квантового компьютера зависит национальная безопасность и когда он появится в России
В дополнение к работе в области химии команда BASF разрабатывает варианты использования квантовых вычислений в машинном обучении, а также для оптимизации логистики и планирования. Например, в SUNY Stony Brook исследователи используют платформу в области физики высоких энергий для моделирования сложных взаимодействий субатомных частиц. В свою очередь, Hewlett Packard Labs применяет суперкомпьютер Perlmutter для крупнейших симуляций в области квантовой химии, которую обычными инструментами реализовать очень сложно.
Одна из них раскладывает большие числа на простые множители и тем самым позволяет взломать нынешнее компьютерное шифрование. Вторая программа может осуществлять поиски, требующие квадратный корень от времени, которое затрачивается на них обычными компьютерами.
Они могут блокировать важные данные например, онлайн-транзакции, учетные записи электронной почты с гораздо лучшим шифрованием. Многие алгоритмы были разработаны для квантовых компьютеров - наиболее известными являются алгоритм Гровера для поиска в неструктурированной базе данных и алгоритм Шора для факторизации больших чисел.
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.
Исследование выполнено в рамках госзадания Минобрнауки России. Квантовые компьютеры, в отличие от традиционных, будут оперировать не двоичным кодом битами , а кубитами. Если бит — это или 0, или 1, то кубит — это и 0, и 1.
То есть единица информации может одновременно оперировать двумя значениями параллельно. Теоретически за счет этого и возможно повышение быстродействия как минимум в два раза. Ученые прогнозируют, что высокая скорость расчетов квантовых компьютеров упростит решение задач в области развития искусственного интеллекта и больших объемов данных, будет полезна в квантовой химии, биотехнологиях и других сферах. Квантовый компьютер пока не создан.
В России разработали 20-кубитный квантовый компьютер
Как полагают многие физики в мире, дальнейшее развитие квантовых компьютеров потребует создания систем, способных автоматически находить и корректировать случайные ошибки в их работе. Квантовое преимущество — способность квантовых вычислительных устройств решать доступные классическим компьютерам проблемы, но быстрее. 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. 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.
Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров
Это связано с тем, что текущее поколение квантовых компьютеров по-прежнему ограничено в лучшем случае чуть более чем тысячей кубитов. Разработка квантового компьютера на холодных ионах кальция – один из самых молодых проектов центра. Но время идет, новости о квантовых компьютерах с завидной периодичностью выходят в свет, а мир все никак не перевернется. Впрочем, поток многообещающих новостей не должен затмевать простого факта: квантовые компьютеры пока не сделали ничего практически полезного.
Разработчик квантовых компьютеров IonQ поможет в модернизации энергосистемы США
В этом компьютере кубиты (квантовые биты) генерируются с помощью сверхпроводящих электронных резонансных цепей. Проблема в паролях: сегодняшние компьютеры защищаются от своих современников, а на квантовых скоростях подбор любого ключа может стать тривиальной задачей. Это связано с тем, что текущее поколение квантовых компьютеров по-прежнему ограничено в лучшем случае чуть более чем тысячей кубитов.
Создан рекордно мощный квантовый компьютер
Мы создали, по сути, первый в Австралии суперкомпьютерный квантовый центр инноваций и организовали программу Pawsey Pioneer, в рамках которой промышленные и исследовательские группы могут использовать нашу квантовую операционную систему. Мы развернем в Pawsey первую в мире алмазную квантовую вычислительную систему комнатной температуры в 1 квартале 2022 года". Концепция Quantum Brilliance заключается в том, чтобы сделать кубиты легко интегрируемой системой для любого компьютера. Что-то вроде современных high-end видеокарт, производимых в массовых количествах для работы в широком спектре систем при низкой себестоимости. Тогда разработчики программного обеспечения смогут использовать традиционные вычисления там, где это выгодно, а квантовые - только там, где они наиболее эффективны. Это может быть в задачах, которые включают моделирование практически всего, что имеет атомарную структуру, проявляющую квантово-механическое поведение; Мэттингли-Скотт называет фармакологическую разработку лекарств, разработку электродов для батарей и производство энергии как области, где такое оборудование может оказать непосредственное влияние. Он может быть использован в линейной алгебре и матричных операциях, которые лежат в основе машинного обучения и искусственного интеллекта, что само по себе является активно развивающейся областью, и может быть очень полезен в задачах, связанных с оптимизацией, например, при попытке снизить энергопотребление во всей глобальной структуре бизнеса крупной логистической компании.
Особенно, когда вы показывали, что вычисления в обычном режиме, на современных суперкомпьютерах занимали бы чуть ли не столетия, а на квантовых результат достигается за часы или дни, — это, конечно, впечатляет», — оценил разработку Владимир Путин. Проект разработки квантового компьютера был запущен в 2019 году, над ним работали учёные из Российского квантового центра и физического института им. Лебедева РАН при координации Росатома. А уже до конца текущего года в России может появиться 20-кубитный квантовый компьютер.
Анализ рынка. Лидеры в области квантовых компьютеров Согласно последнему анализу индустрии квантовых вычислений, проведенному Persistence Market Research, выручка рынка составит 6,9 млрд долларов США в 2021 году. Persistence Market Research сообщает, что решения для квантовых вычислений принесли выручку в размере 5,6 млрд долларов в 2020 году. Мы стремимся решать сложные проблемы, которые самые мощные суперкомпьютеры в мире не могут решить и никогда не смогут». D-Wave Systems Inc — создают и поставляем системы, облачные сервисы, инструменты разработки приложений и профессиональные услуги для поддержки непрерывного процесса квантовых вычислений для предприятий и разработчиков Microsoft позволяет получить доступ к разнообразному квантовому программному обеспечению, оборудованию и решениям от Microsoft и партнеров. Google продвигает современные технологии квантовых вычислений и разрабатывает инструменты, позволяющие исследователям работать за пределами классических возможностей. Intel — разработка КК. Atom Computing, Inc создает масштабируемые квантовые компьютеры из отдельных атомов. Xanadu Quantum Technologies Inc производство масштабируемых КК, Полностью управляемый квантовый облачный сервис, предлагающий прямой доступ. Strangeworks,Inc Все квантовые инструменты, которые когда-либо понадобятся, представлены в едином пользовательском интерфейсе. IonQ производитель компактных КК широкого использования. Quantum Circuits, Inc. Создание квантовых компьютеров, рассчитанных на масштабирование. Huawei Высокопроизводительная облачная платформа для крупномасштабного моделирования квантовых схем на основе мощной вычислительной инфраструктуры и инфраструктуры хранения HUAWEI CLOUD Rigetti — компания, занимающаяся интегрированными системами. Создает квантовые компьютеры и сверхпроводящие квантовые процессоры, на которых они работают. Благодаря платформе Quantum Cloud Services QCS машины могут быть интегрированы в любое публичное, частное или гибридное облако. Honeywell — разработка компьютера с высококачественными кубитами. Квантовые компьютеры и фондовый рынок Компании, связанные с КК можно разделить на 2 группы. Каждая имеет свои особенности и инвестиционный подход. Первая группа производители КК. Это компании которые занимаются разработкой и производством квантового оборудования и ПО. В этой группе можно выделить 2 категории. Первая категория — крупные технологические компании. Особенностью этой категории является то, что это компании с огромной капитализацией и КК одно из подразделений бизнеса. В связи с эти развитие квантовый технологий незначительно повлияет на их капитализацию.
Что делает квантовый алгоритм увлекательным, так это то, что они смогут решать проблемы быстрее, чем классические алгоритмы. Они могут решить задачу коммивояжера за считанные секунды, что занимает 30 минут на обычных компьютерах. Более того, квантовый компьютер может помочь обнаруживать далекие планеты, осуществлять точное прогнозирование погоды, раньше выявлять рак и разрабатывать более эффективные лекарства, анализируя данные секвенирования ДНК. ИИ начало игры Искусственный интеллект находится в начальной фазе. Современный продвинутый робот может входить в комнату, распознавать материал, форму и движущиеся тела, но ему не хватает факторов, которые делают их по-настоящему умными. Квантовые компьютеры намного лучше в области обработки информации - с 300 битами мы сможем отобразить всю вселенную. Квантовые компьютеры смогут экспоненциально ускорить скорость машинного обучения, сократив время с сотен тысяч лет до нескольких секунд. Для измерения расстояния между двумя большими векторами размером 1 зеттабайт обычному компьютеру с тактовой частотой ГГц потребуются сотни тысяч лет. В то время как квантовый компьютер с тактовой частотой ГГц если он будет построен в будущем займет всего лишь около секунды после того, как векторы запутаются с вспомогательным кубитом. Не все может быть сделано быстро Хотя квантовые компьютеры находят наиболее оптимальный способ решения проблемы, они используют некоторые основные математические принципы, которые ваш персональный компьютер использует ежедневно. Это относится к базовой арифметике, которая уже хорошо оптимизирована. Нет лучшего способа добавить набор чисел, чем просто сложить их. В таких случаях классические компьютеры столь же эффективны, как квантовые компьютеры. Последние достижения в области квантовых вычислений Ученые из Университета Нового Южного Уэльса разработали первый квантовый логический элемент в кремнии в 2015 году. В том же году НАСА представило первый операционный квантовый компьютер, созданный D-Wave, стоимостью 15 миллионов долларов. В 2016 году исследователи из Университета Мэриленда успешно создали первый перепрограммируемый квантовый компьютер. Два месяца спустя Базельский университет определил вариант квантовой машины на основе электронных дырок, которая использует электронные дыры вместо того, чтобы манипулировать электронными спинами в полупроводнике при низких температурах, которые гораздо менее уязвимы для декогеренции. Еще несколько интересных фактов и открытий 12. Квантовые вычисления впервые были упомянуты Ричардом Фейнманом в 1959 году в его знаменитой лекции «Внизу много места».
Разработчик квантовых компьютеров IonQ поможет в модернизации энергосистемы США
Исследование выполнено в рамках госзадания Минобрнауки России. Квантовые компьютеры, в отличие от традиционных, будут оперировать не двоичным кодом битами , а кубитами. Если бит — это или 0, или 1, то кубит — это и 0, и 1. То есть единица информации может одновременно оперировать двумя значениями параллельно. Теоретически за счет этого и возможно повышение быстродействия как минимум в два раза. Ученые прогнозируют, что высокая скорость расчетов квантовых компьютеров упростит решение задач в области развития искусственного интеллекта и больших объемов данных, будет полезна в квантовой химии, биотехнологиях и других сферах. Квантовый компьютер пока не создан.
PsiQuantum планирует разработать и наладить производство квантовых компьютеров на базе фотонов. А другой стартап под названием Rigetti уже собрал 19-кубитный сверхпроводниковый процессор, который доступен онлайн через свою среду разработки под названием Forest. Индустрия 4. А в 2018 году начался пилотный проект по развитию двух других платформ квантовых вычислений: нейтральных атомов в оптических ловушках и интегральных оптических чипов. Он работает на платформе из 20 ионов, захваченных электромагнитной ловушкой. Сейчас ученые пытаются проводить на ионной платформе прикладные вычисления, моделируют и тестируют алгоритмы. Учебная лаборатория квантовой оптики РКЦ Они планируют создать действующий образец квантового процессора на сверхпроводниках к концу 2024 года. Пятикубитный прототип процессора продемонстрировали также в Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ. Она уже прошла ряд испытаний. Тесты показали, что элементы схемы работают с заданными параметрами. Баумана, Росатом и Институт Иоффе создали квантовый симулятор на основе массива из 11 сверхпроводящих кубитов. Кроме того, ученые из Национальной квантовой лаборатории и Российского квантового центра совместно с исследователями из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали миниатюрные источники оптических гребенок.
Они принимают уже три значения: «0», «1» и промежуточное, которое называется «суперпозиция». Кубиты постоянно меняют свое значение. В это сложно поверить, но фактически кубиты находятся в трех своих значениях одновременно. Квантовый компьютер мгновенно получает ответ, как только введены все исходные данные! Но есть одно но - вероятность того, что решение верно, не равна единице. Получается значение, очень близкое к правильному ответу, - все из-за непостоянства кубитов. Но вероятность получения правильного ответа можно максимально приблизить к единице - с помощью алгоритмов. Мы в Матрице? Ведущие техногиганты - Google, IBM, Intel, Microsoft - не хотят пропустить «квантовую компьютерную революцию», поэтому вкладываются в разработки. По мнению экспертов, квантовые мощности способны уже в недалеком будущем изменить здравоохранение, коммуникации, прогнозирование погоды и климата, градостроительство, астрономию, химические технологии. С помощью квантовых компьютеров можно разрабатывать новые лекарства, прогнозировать свойства веществ и миграцию, моделировать развитие городов. Серьезный вызов предстоит специалистам в области кибербезопасности и шифрования данных. Вычислительные возможности квантового компьютера теоретически позволяют взламывать самые сложные алгоритмы шифрования. Похоже, придется разрабатывать новые - это уже работа для квантовых программистов. Профессор Массачусетского технологического института Сет Ллойд в своей книге «Программируя Вселенную» выдвинул головокружительную теорию: Вселенная и есть один большой квантовый компьютер, который постоянно производит нас и все, что нас окружает.
Это значение мы считываем, записываем, после чего проводим точно такое же вычисление еще раз и снова считываем результат. Проделав вычисления много раз, мы можем говорить об ответе с достаточной степенью вероятности. Физически на экране 0 или 1 выглядят так: светится точка-ион или не светится. К нашему квантовому компьютеру можно подключиться через интернет, загрузить свою программу на платформу облачного доступа и выполнить ее у нас. Программист нажимает кнопку запуска, а мы в лаборатории следим, чтобы все работало. Алгоритмы в рамках дорожной карты по квантовому процессору создает в Российском квантовом центре научная группа Алексея Федорова, он же руководит лабораторией Московского института сталей и сплавов в рамках проекта «Квантовый интернет». Алгоритм, который запускал на нашем компьютере президент, уже не совсем простой. Он позволяет промоделировать зависимость потенциальной энергии двух атомов от расстояния между ними, то есть посчитать потенциальную энергию молекулы. Бывают простые химические реакции, которые можно посчитать, а для этого надо знать кривую потенциальной энергии. Расчет можно выполнить и на обычном компьютере, но чем больше молекула, тем сложнее задача для расчета ее потенциальной энергии. Например, для формальдегида такую задачу на обычном компьютере решить невозможно. Мы же точно квантово-механически рассчитываем все волновые функции, то есть положения всех электронов, и вычисляем кривую. Такой компьютер в России сейчас один. По-видимому, алгоритмы квантовой химии будут одними из первых, на которых будет показано полезное квантовое превосходство, то есть квантовый компьютер будет работать быстрее классического. Но я не очень глубоко погружен в тему алгоритмов. С помощью облачной платформы на нем был запущен алгоритм расчета простой молекулы Следующий уровень — Вы сказали, что сегодня ваша оптическая система находится в глубокой модернизации. Во всех компаниях в мире существует довольно большой зазор между началом управления регистром и запуском реальной программы. Это связано и с настройками, и с созданием такой программы. Именно достоверность лимитирует сложность алгоритма. Точнее сказать пока не могу: не проверяли. Модернизировав адресацию и считывание, мы повысили число кубитов, с которыми можно работать. Мы занимаемся и улучшением достоверности.