Об этом 21 февраля «Известиям» заявил директор Института спектроскопии РАН Виктор Задков, комментируя новость о том, что российские ученые создали 20-кубитный квантовый компьютер.
Ученые продолжили попытки понять квантовую запутанность: есть большой прогресс
Под руководством профессора исследователи подняли данные аналогичных исследований учёных Высшей нормальной школы Парижа, работы с 27-кубитовым квантовым компьютером компании IBM и другие. Как позже выяснилось, похожие отклонения в экспериментальных и теоретических данных обнаружили также исследователи из Кёльнского университета. Обе группы объединили усилия и привлекли ещё учёных, заново проанализировав сотни работ по теме. Результат оказался удивительным. Оказалось, что в стандартной модели описание работы переходов Джозефсона не учитывает ряд важных факторов, и это ведёт к ошибкам вычислений. Влияние гармоник на измерения. На практике мы дошли до такой степени точности измерений, что можем заметить отклонения от идеальной кривой. Всему виной гармоники, самые сильные из которых, как оказалось, влияют на результат измерений. Раньше они никак не учитывались.
Коллектив из 30 авторов собрал столько «компромата» на гармоники, что отмахнуться от них больше нельзя. И это хорошо. Уточнённые формулы расчёта состояний сверхпроводящих кубитов могут привести к тому, что квантовые биты станут в 2—7 раз стабильнее, что, как минимум, на порядок снизит вероятность появления ошибок. Ценность разработки в том, что каждый участвующий в вычислениях логический кубит может быть представлен всего одним физическим кубитом. Все возникающие в процессе ошибки исправляются им самим без привлечения других физических кубитов, что открывает путь к массовым квантовым компьютерам. Это предполагает крепкое теоретическое обоснование разработок компании в дополнение к возможности производить оборудование на заводе в Шербруке. Свой «альтернативный» кубит Nord Quantique создала в одном экземпляре. Статья и работа базируются на проверке его работы вне рамок вычислений, которые начнут проводиться ближе к концу текущего года.
Физическое представление кубита. Источник изображения: Nord Quantique Интересно, что канадцы фактически перевернули с ног на голову архитектуру, давно используемую в квантовых компьютерах IBM и Google в виде так называемых трансмониевых сверхпроводящих кубитов. Кубиты в компьютерах IBM и Google хранят информацию в сверхпроводящей петле, а управляются микроволновым резонатором, в котором микроволновые фотоны задерживаются на какое-то время. Кубит Nord Quantique, напротив, хранит информацию — квантовые состояния — в микроволновых фотонах, удерживаемых в резонаторах, а сверхпроводящая петля управляет его состоянием. Хитрость в том, что в резонатор можно запустить избыточное количество фотонов. Чем их больше, тем меньше вероятность появления ошибки. Избыточность — это хорошо проверенный и доказанный способ снизить количество ошибок, что широко применяется в обычных вычислениях. Иными словами, перспективы у него есть, если компания начнёт быстро догонять конкурентов.
Квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах Было бы заманчиво увидеть масштабное применение кубита Nord Quantique. Для кубитов IBM и Google безошибочная работа кубитов означает, что каждый логический кубит должен состоять из 1000 физических кубитов. Для логического кубита Nord Quantique нужен всего один физический кубит или, по крайней мере, десятки, а не тысячи всех этих петелек, резонаторов, коаксиальных разъёмов и прочей мелочи, которая в масштабе представляет то, что мы видим на современных фотографиях квантовых систем: огромные хромированные люстры. Для безошибочных квантовых расчётов необходимо тысячу физических кубитов представить одним-единственным логическим кубитом. Ничем иным как расточительством такое не назовёшь. Это проблема, решить которою пообещали немецкие, чешские и японские учёные. Учёные сделали из фотонов «кошку Шрёдингера». Источник изображения: Peter van Loock Традиционный метод предполагает создание отдельных кубитов — сверхпроводящих, из холодных нейтральных атомов, фотонов или в другом виде — и последующее их запутывание друг с другом.
Только запутывание кубитов позволяет запускать на них квантовые алгоритмы и получать результат без ошибок при соблюдении всех необходимых условий. Учёные из университетов Майнца Германия , Оломоуца Чехия и Токио Япония предложили элегантное решение, которое реализует три возможности в одном: объединили несколько фотонов в одном коротком световом импульсе с присущей системе врождённой способностью исправлять ошибки. Таким образом, нет необходимости генерировать отдельные фотоны в виде кубитов с помощью многочисленных световых импульсов, а затем заставлять их взаимодействовать как логические кубиты, — заявил профессор Питер ван Лоок Peter van Loock из Майнцского университета. Фактически речь идёт о создании импульса из нескольких запутанных фотонов все они описываются одной волновой функцией. С одной стороны, это всё же пакет элементарных частиц, который можно представить как объединение нескольких физических кубитов в один логический. Но с другой стороны, это достаточно малый объект, если так можно сказать о коротком импульсе, который может рассматриваться как один единственный кубит одновременно физический и логический с функцией коррекции ошибок, что может существенно упростить создание безошибочных универсальных квантовых вычислителей. Наконец, в отличие от криогенных платформ IBM и Google на сверхпроводящих кубитах, оптические кубиты позволяют работать в условиях комнатной температуры, а это важнейший момент для широкой коммерциализации квантовых платформ. Тестовые прогоны показали двукратное увеличение времени когерентности кубитов, что ускоряет расчёты, а также правильность выбранной стратегии по уменьшению ошибок в вычислениях.
Вскоре прототип компьютера Advantage 2 будет доступен через облачный сервис компании — это будет самая мощная квантовая платформа в мире. Источник изображения: D-Wave Следует подчеркнуть, что слова о мощности той или иной квантовой платформы необходимо воспринимать со здоровым скептицизмом. Во-первых, не существует единой метрики, которая позволила бы сравнивать квантовые платформы, работающие на принципиально разной элементной базе: на холодных нейтральных атомах, сверхпроводящих кубитах, фотонах, спинах элементарных частиц, ионных ловушках и так далее. Во-вторых, квантовая платформа D-Wave заточена для решения задач оптимизации, что не делает её универсальной. Наконец, квантовый компьютер D-Wave удерживает согласованное когерентное состояние кубитов особым образом — переводя их в возбуждённое состояние и ожидая, пока они не успокоятся — не перейдут в состояние с минимальной энергией, что станет ответом на запрограммированную задачу заданный алгоритм. Поэтому есть смысл сравнивать системы D-Wave предыдущих и новых поколений. Как утверждают в компании, квантовые компьютеры Advantage 2 значительно превосходят компьютеры Advantage. Например, они в 20 раз быстрее решают задачи по исследованию таких необычных магнетиков, как спиновые стёкла.
Это важное семейство сложных для классических компьютеров задач оптимизации. Также система Advantage 2 в два раза быстрее выполняла расчёты при моделировании материалов и демонстрировала значительно меньше ошибок. Всё это стало возможным как за счёт новой топологии сверхпроводящих кубитов, что увеличило количество возможных связей с 15 до 20, так и за счёт удвоения времени когерентности, а также благодаря дальнейшему увеличению масштаба платформы и снижению уровня шумов в новых интегральных схемах. Для коммерческих поставок компания планирует собирать системы из 7000 кубитов. Они должны быть доступны до конца текущего года, но могут задержаться. Прототип Advantage 2 с 500 кубитами был готов полтора года назад. За прошедшее с тех пор время компания смогла изготовить только 1200-кубитовый прототип, что указывает на сильное отставание от ранее анонсированного графика. Платформа показала высокую скорость работы и способность к обучению, что в перспективе найдёт широкое применение.
Другой тип машины для квантового отжига использует потрясающие и непостижимые свойства квантовых частиц для выполнения одной единственной задачи: решение проблемы оптимизации со множеством сложных переменных и условий. Изначально ученые собирались просто исследовать работу квантовых анниляторов, поэтому они разработали алгоритмы для симуляции происходящего внутри процесса. Они решили протестировать на популярном оптимизационном тесте классический, но воодушевленный квантовым подходом, алгоритм и обнаружили, что у них появились также другие решения. Все стали задаваться вопросом: «Кто эти парни и откуда они взялись? Это даже не ученые в области вычислительных систем! Это квантовые физики, у которых есть какие-то безумные алгоритмы, которые намного лучше», — рассказывает он. Для решения проблем оптимизации нужны компьютерные решения, требующие минимальных затрат усилий и стоимости.
В каком-то смысле это как альпинист, пытающийся найти абсолютный высотный минимум в незнакомом горном ландшафте крайне неправильной и непредсказуемой формы. Как только он достигает долины, для него нет возможности узнать, будет ли за следующей горой более низкая точка. А выяснить это стоит огромных усилий, потому что надо взобраться на гору и пройти перевал. Вполне возможно он решит, что это слишком затратно и остановится там, где находится, так и не найдя самый низкий минимум или лучшее решение. Матиас Троер, главный исследователь Microsoft. Квантовые частицы обладают уникальным свойством, которое — как в этом примере — позволит им легко, как по тоннелю, пройти через гору, чтобы увидеть, что там на другой стороне. Подражая этой способности тоннельного прохода, квантовые алгоритмы Microsoft способны решать оптимизационные задачи совершенно иным, инновационным способом, но при этом используя широко доступное аппаратное обеспечение.
Классическое вычислительное оборудование не позволяет реализовать весь потенциал алгоритмов, — добавляет он. Заглавное фото: Марк Грисвольд, профессор радиологии Case Western Reserve University использует квантовые алгоритмы Microsoft в инновационном подходе к МРТ под названием магнитно-резонансный отпечаток.
В 2016 году это было около 18 миллионов долларов. Проблема заключается в том, что многие крупные алгоритмы машинного обучения могут использовать сотни или тысячи микросхем для вычислений, а скорость передачи данных между микросхемами или серверами при использовании современных электрических методов является узким местом. Свет использовался для передачи данных по оптоволоконным кабелям, в том числе по подводным кабелям, на протяжении десятилетий, но довести его до уровня микросхемы было сложно, поскольку устройства, используемые для создания света или управления им, было не так легко уменьшить, как транзисторы. Старший аналитик PitchBook по новым технологиям Брендан Берк ожидает, что кремниевая фотоника станет обычным оборудованием в центрах обработки данных к 2025 году, и оценивает, что к тому времени рынок достигнет 3 миллиардов долларов, что аналогично размеру рынка графических чипов ИИ в 2020 году. Помимо подключения транзисторных чипов, стартапы, использующие кремниевую фотонику для создания квантовых компьютеров, суперкомпьютеров и чипов для беспилотных автомобилей, также собирают большие средства. Наши инвестиции в PsiQuantum: создание первого в мире полезного квантового компьютера На данный момент PsiQuantum привлекла около 665 миллионов долларов, хотя обещание, что квантовые компьютеры изменят мир, еще впереди. Тем не менее, до сих пор не достигнут консенсус относительно оптимального типа оборудования для квантового компьютера. 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.
Тогда машине, способной выполнять полезные вычисления, потребуются миллионы физических кубитов. Но в последние месяцы физики заинтересовались альтернативной схемой исправления ошибок, называемой квантовой проверкой четности с низкой плотностью qLDPC. Согласно препринту исследователей из IBM, комп ани я обещает сократить число нужных кубитов в 10 и более раз. Препринт IBM — это « отл ичная теоретическая работа.
При этом реализация этого подхода со сверхпроводящими кубитами кажется чрезвычайно сложной задачей, и, вероятно, пройдут годы, прежде чем на этой платформе можно будет провести хотя бы эксперимент по проверке концепции», — говорит Михаил Луки н, физик из Гарвардског о университета. Загвоздка в том, что метод qLDPC требует, чтобы каждый кубит был напрямую связан как минимум с шестью другими.
Будущее квантовых компьютеров: перспективы и риски
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. И как раз цель должна быть такая, для которой это нужно. Скажем, для наших с вами повседневных нужд квантовый компьютер — это излишество: вполне достаточно обычного.
Основным направлением сотрудничества станет формирование облачной среды, которая поможет ускорить инновации в области квантовых вычислений. К примеру, стороны смогут построить квантовый компьютер и запустить на нем ключевые квантовые механизмы в режиме реального времени. В облаке эти задачи уже решены за счет отказоустойчивых высокодоступных сервисов, инструментов и мер безопасности, а также публичного облачного API, с которым могут работать пользователи", - прокомментировал управляющий директор VK Tech Павел Гонтарев. Доступ к квантовым вычислениям на облачной платформе будет открыт для исследователей и бизнес-пользователей.
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. Требуется разработать относительно недорогую компонентную базу, на которой можно было бы реализовать принципы его работы. Сегодня активно ведутся работы в области разработки новых материалов для создания устройств по сохранению и передаче информации, а также методов их применения. Российские ученые разработали математическую модель, с помощью которой можно выполнять квантовые вычисления с применением так называемых клеточных автоматов.
Согласно препринту исследователей из IBM, комп ани я обещает сократить число нужных кубитов в 10 и более раз. Препринт IBM — это « отл ичная теоретическая работа. При этом реализация этого подхода со сверхпроводящими кубитами кажется чрезвычайно сложной задачей, и, вероятно, пройдут годы, прежде чем на этой платформе можно будет провести хотя бы эксперимент по проверке концепции», — говорит Михаил Луки н, физик из Гарвардског о университета.
Загвоздка в том, что метод qLDPC требует, чтобы каждый кубит был напрямую связан как минимум с шестью другими. В обычных сверхпроводящих чипах каждый кубит связан только с двумя или тремя. IBM надеется к кон цу десятилетия достичь полезных вычислений, например, моделирование работы молекул-катализаторов.
Квантовый компьютер + Новости
Российский квантовый центр (РКЦ) — это уникальная для России научно-технологическая организация, созданная по передовым международным моделям. Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. Компания Microsoft совместно с разработчиком квантовых компьютеров Quantinuum сообщила о разработке методологии, которая позволяет значительно снизить частоту появления ошибок при исполнении квантовых алгоритмов.
квантовый компьютер
Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств. Кубиты и суперпозиция, или почему обычных компьютеров уже недостаточно. 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.
Технотренды 2024: Квантовый компьютер можно будет взять в аренду
| Прорыв в квантовых вычислениях: Китай запускает мощнейший 504-кубитный квантовый компьютер | Учёные из МФТИ разработали и протестировали сразу несколько квантовых компьютеров, которые обнаруживают ошибки в работе друг друга. |
| Microsoft открыл «новую эру» в области квантовых компьютеров | Россия разрабатывает квантовые компьютеры одновременно на четырех технологических платформах — сверхпроводниках, ионах, атомах и фотонах. |
| Технотренды 2024: Квантовый компьютер можно будет взять в аренду - Hi-Tech | Квантовый компьютер Google смог мгновенно справиться с решаемой за 47 лет задачей. |
| В России появился 16-кубитный квантовый компьютер на ионах | Квантовый компьютер Google способен сократить до нескольких секунд вычисления, на которые у суперкомпьютера ушло бы около 50 лет. |
| Новости по теме: квантовый компьютер | способность квантовых компьютеров решать задачи, недоступные обычным вычислительным машинам. |
Глава IBM уверен, квантовым компьютерам найдут коммерческое применение уже через несколько лет
Кубиты и суперпозиция, или почему обычных компьютеров уже недостаточно. Новая версия квантового компьютера IBM совершила очередной эволюционный шаг. Во время IBM Quantum Summit 2022 компания анонсировала квантовый процессор Osprey, включающий 433 квантовых бита. Новость, опубликованная Daily Telegraph, может означать поворотный момент в развитии этой новой технологии. Квантовые компьютеры открывают огромные перспективы для потенциально революционных секторов, таких как наука о климате и открытие лекарств.
Путин дал совет ученому, который создает квантовый компьютер
| Миллиарды рублей и почти ноль понимания. Зачем нам квантовый искусственный интеллект | В перспективе возможно создание «квантового интернета», когда удаленные квантовые компьютеры будут объединены в сеть за счет обмена квантовыми состояниями. |
| QuantTech: Квантовые технологии – Telegram | Квантовый компьютер должен перевернуть представление людей о самых сложных вычислениях и существенно их облегчить. |
| Российский квантовый центр, ФИАН и «Росатом» представили 16-кубитный квантовый компьютер на ионах | Что такое квантовый объём я писал на N+1 на примере компьютера на холодных атомах от Honeywell. |
| Миллиарды рублей и почти ноль понимания. Зачем нам квантовый искусственный интеллект | В Китае готовы запустить 504-кубитный квантовый суперкомпьютер и уже разработали 1000-кубитный. |
Миллиарды рублей и почти ноль понимания. Зачем нам квантовый искусственный интеллект
| Квантовые компьютеры в России и мире: как развивается технология | Квантовый компьютер больше напоминает красную ртуть (ссылка) конца ХХ века, нежели реальную перспективную разработку. |
| квантовый компьютер | Новости / Компьютеры. |
| Зачем России квантовый компьютер за 20 миллиардов | Квантовый компьютер Google смог мгновенно справиться с решаемой за 47 лет задачей. |
| Первые в мире: ученые МФТИ добились прорыва в области квантовых компьютеров | В России квантовый компьютер разрабатывается в рамках утвержденной дорожной карты по развитию квантовых вычислений, которую ведет Госкорпорация «Росатом». |
| Квантовые компьютеры - последние новости, обзор СМИ | РИА Новости/Прайм. |