Сегодня 04 марта 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → вычисления
Быстрый переход

Путин поручил нарастить мощность отечественных суперкомпьютеров на порядок

Президент России Владимир Путин поручил правительству разработать и осуществить реализацию мер, направленных на увеличение вычислительных мощностей отечественных суперкомпьютеров. Об этом было сказано во время оглашения послания Федеральному Собранию, а на официальном сайте Кремля уже опубликован список поручений, сформированный по итогам конференции «Путешествие в мир искусственного интеллекта».

 Источник изображения: pixabay.com

Источник изображения: pixabay.com

«Правительству Российской Федерации: разработать и реализовать комплекс мер, направленных на увеличение вычислительных мощностей суперкомпьютеров, находящихся в Российской Федерации, определив конкретные параметры увеличения этих мощностей», — сказано в перечне поручений президента.

Кабинет министров также должен разработать механизмы использования архивов государственных и муниципальных органов и библиотечных фондов для создания наборов данных, которые могут быть использованы на безвозмездной основе. Ответственным за исполнение поручений назначен премьер-министр России Михаил Мишустин, а доклад об исполнении поручений глава государства ждёт к 1 марта.

«Так, в 2030 году совокупная мощность отечественных суперкомпьютеров должна быть увеличена не менее чем в 10 раз. Это абсолютно реалистичная задача<…> В целом, необходимо развивать всю инфраструктуру экономики данных. Я прошу правительство предложить конкретные меры поддержки компаний и стартапов, которые производят оборудование для хранения и обработки данных, а также создают программное обеспечение», — сказал Владимир Путин во время оглашения послания Федеральному Собранию.

Стоит отметить, что на данный момент в суперкомпьютерный рейтинг TOP500 входит лишь семь отечественных суперкомпьютеров. Самый мощный из них, принадлежащий «Яндексу» «Червоненкис» находится на 36-м месте в рейтинге с производительностью 21,5 Пфлопс. При этом лидер рейтинга, американский экзафлопсный суперкомпьютер Frontier превосходит российскую систему по производительности более чем в 50 раз.

Что касается самих поручений президента, то правительству предстоит реализовать выполнение следующих шагов:

  • представить предложения о дополнительном финансировании за счет средств бюджета исследований и разработок в области генеративного искусственного интеллекта (ИИ);
  • проанализировать потребности работодателей в сотрудниках, обладающих новыми навыками и компетенциями, и по итогам этого анализа внести изменения в профессиональные стандарты и в государственные образовательные стандарты;
  • предусмотреть меры поддержки развития и внедрения больших генеративных моделей и технологических решений в области ИИ, а также создание инфраструктуры для их широкого использования;
  • обеспечить разработку больших генеративных моделей для их использования в ключевых отраслях экономики;
  • разработать и представить предложения о взаимодействии российских разработчиков программного обеспечения (ПО) в области ИИ и разработчиков такого ПО из «дружественных» стран;
  • включить вопросы, касающиеся формирования этических стандартов в области ИИ, сбалансированного регулирования и научно-технического сотрудничества в этой области, в повестку дня заседаний БРИКС в 2024 году.

Отметим, что в этом году в стране началась реализация национального проекта, направленного на развитие экономики на основе данных, генерируемых в цифровых системах — как бизнеса, так и государства. Этот проект является продолжением национального проекта «Цифровая экономика». Помимо прочего новая инициатива предполагает разработку программы по созданию и закупке комплектующих, а также созданию суперкомпьютеров на территории России.

Купить ИИ-ускоритель NVIDIA H100 стало проще — очереди уменьшились, появился вторичный рынок

Сроки поставки графических процессоров NVIDIA H100, применяемых в приложениях ИИ и высокопроизводительных вычислениях, заметно сократились — с 8–11 до 3–4 месяцев. Аналитики полагают, что это связано с расширением возможностей аренды ресурсов у крупных компаний, таких как Amazon Web Services, Google Cloud и Microsoft Azure. В результате некоторые компании, ранее закупившие большое количество процессоров H100, теперь пытаются их продать.

 Источник изображения: NVIDIA

Источник изображения: NVIDIA

The Information сообщает, что некоторые фирмы перепродают свои графические процессоры H100 или сокращают заказы из-за снижения дефицита и высокой стоимости содержания неиспользуемых запасов. Это знаменует собой значительный сдвиг по сравнению с прошлым годом, когда приобретение графических процессоров NVIDIA Hopper было серьёзной проблемой. Несмотря на повышение доступности чипов и значительное сокращение сроков выполнения заказов, спрос на чипы ИИ всё ещё продолжает превышать предложение, особенно среди компаний, обучающих большие языковые модели (LLM).

Ослабление дефицита ускорителей ИИ отчасти связано с тем, что поставщики облачных услуг упростили аренду графических процессоров NVIDIA H100. Например, AWS представила новый сервис, позволяющий клиентам планировать аренду графических процессоров на более короткие периоды, что привело к сокращению спроса и времени ожидания. Увеличение доступности ИИ-процессоров NVIDIA также привело к изменению поведения покупателей. Компании при покупке или аренде становятся более требовательными к ценам, ищут меньшие по размеру кластеры графических процессоров и больше внимания уделяют экономической жизнеспособности своего бизнеса.

В результате рост сектора искусственного интеллекта значительно меньше, чем в прошлом году, сдерживается ограничениями из-за дефицита чипов. Появляются альтернативы устройствам NVIDIA, например, процессоры AMD или AWS, которые наряду с повысившейся производительностью получили улучшенную поддержку со стороны программного обеспечения. В совокупности с взвешенным подходом к инвестициям в ИИ, это может привести к более сбалансированной ситуации на рынке.

Тем не менее, доступ к большим кластерам графических процессоров, необходимым для обучения LLM, до сих пор остаётся проблематичным. Цены на H100 и другие процессоры NVIDIA не снижаются, компания продолжает получать высокую прибыль и невероятными темпами наращивать свою рыночную стоимость. NVIDIA прогнозирует высокий спрос на ИИ-ускорители следующего поколения Blackwell. В поисках альтернатив Сэм Альтман (Sam Altman) из OpenAI пытается привлечь масштабное финансирование для создания дополнительных заводов по производству процессоров ИИ.

Учёные нашли способ удвоить скорость вычислений компьютеров без замены железа

На 56-м ежегодном Международном симпозиуме IEEE/ACM по микроархитектуре исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) продемонстрировали подход, при котором любые вычислительные компоненты платформы по-настоящему будут работать одновременно. За счёт этого можно в два раза увеличить скорость вычислений и в два раза сократить потребление энергии. Технология может работать на любых процессорах и ускорителях от смартфонов до серверов ЦОД, но требует доработки.

 Источник изображения: ИИ-генерация DALL-E/newatlas.com

Источник изображения: ИИ-генерация DALL-E/newatlas.com

«Вам не нужно [для ускорения вычислений] добавлять новые процессоры, потому что они у вас уже есть», — сказал Хунг-Вей Ценг (Hung-Wei Tseng), адъюнкт-профессор факультета электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета и соавтор исследования. Необходимо лишь грамотно распорядиться имеющимися аппаратными ресурсами, а не выстраивать их все в очередь.

Разработанная исследователями платформа, которую они назвали одновременной и гетерогенной многопоточностью (SHMT), отходит от традиционных моделей программирования. Вместо того чтобы предоставлять за один промежуток времени данные лишь одному из вычислительных компонентов системы — центральному, графическому, тензорному или другому процессору или ускорителю, технология SHMT распараллеливает исполнение кода сразу по всем компонентам одновременно.

 Тестовая платформа. Источник изображения: Hsu and Tseng

Тестовая платформа. Источник изображения: Hsu and Tseng

SHMT использует политику планирования многопоточности с учетом такого параметра, как quality-aware work-stealing (QAWS), которая не требует больших затрат ресурсов, но зато помогает поддерживать контроль качества и баланс рабочей нагрузки. Система исполнения создаёт и делит набор виртуальных операций (vOPS) на одну или несколько высокоуровневых операций (HLOPs) для одновременного использования нескольких аппаратных ресурсов. Затем система исполнения SHMT распределяет эти HLOPS по очередям задач для запуска на целевом оборудовании. Поскольку HLOPS не зависят от оборудования, система исполнения может перенаправлять задачи по мере необходимости на тот или иной компонент вычислительной платформы.

 Сравненние методов распараллеливания обычного, совреемнного гетерогенного и SHMT

Сравнение методов распараллеливания обычного, современного гетерогенного и SHMT

Что особенно ценно, исследователи на примере созданной ими тестовой платформы показали эффективность работы новых программных библиотек. Они создали некий гибрид, который можно считать как смартфоном, так и подобием ПК и даже сервера. На базе объединяющей платы с разъёмом PCIe был создан «компьютер» из комбинации модуля NVIDIA Nano Jetson с четырёхъядерным процессором ARM Cortex-A57 (CPU) и 128 графическими ядрами архитектуры Maxwell (GPU). Через слот M.2 Key E на плате был подключен ускоритель Google Edge (TPU).

 Ускорение вычислений SHMT в зависимости от выбранной политики

Ускорение вычислений SHMT в зависимости от выбранной политики

Основная память представленной системы — это 4 Гбайт LPDDR4 с частотой 1600 МГц и скоростью 25,6 Гбит/с, где хранятся общие данные. Модуль Edge TPU дополнительно содержит 8 Мбайт памяти, а в качестве операционной системы использовался Ubuntu Linux 18.04.

 Сравнение потребления в активном режиме и при простое при обычных вычислениях и с использованием SHMT

Сравнение потребления в активном режиме и при простое при обычных вычислениях и с использованием SHMT

Запуск на импровизированной гетерогенной платформе пакета SHMT с использованием стандартных приложений для тестирования показал, что при наиболее эффективной политике фреймворк QAWS показывает увеличение скорости вычислений в 1,95 раза и значительное сокращение потребления — на 51 % по сравнению с базовым методом распределения вычислений. Если масштабировать этот подход для использования в составе ЦОД, то выигрыш обещает оказаться колоссальным и при этом всё «железо» останется прежним — менять ничего не придётся. Предложенное решение пока не готово к внедрению, но наверняка без труда найдёт заинтересованных в этом лиц.

Rolls-Royce прогнала данные об аварии на АЭС «Фукусима» через квантовый компьютер, чтобы сделать малые реакторы безопасными

Компания Rolls-Royce обратилась к квантовым вычислениям, чтобы узнать о подходах для обеспечения безопасной эксплуатации малых ядерных реакторов на удалённых площадках. В будущем ожидается создание множества компактных ядерных силовых установок для добывающих компаний на Земле и в космосе. Все они будут работать под дистанционным наблюдением с локальной автоматикой, для создания надёжных алгоритмов которой привлекаются квантовые компьютеры.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В Великобритании с лета 2023 года запущена программа раннего доступа к квантовым технологиям (QTAP). Квантовые алгоритмы запускаются на фотонном оборудовании компании Orca Computing с привлечением безошибочных методологий компании Riverlane. Наряду с Rolls-Royce к программе QTAP получили доступ или ждут своей очереди компании Arup, Airbus и порт Дувра. Доступ к программе осуществляется через посредничество национальной программы Digital Catapult, призванной обеспечить промышленности Великобритании доступность квантовых вычислений.

Компания Rolls-Royce прогнала через квантовый вычислитель данные об аварии на АЭС «Фукусима». Она изучала возможность использования модели квантового машинного обучения для быстрого выявления потенциально опасных ситуаций. Это позволило бы реактору безопасно работать и при необходимости останавливаться с минимальным участием человека. О результатах проведенного эксперимента не сообщается. Возможно, понадобятся новые сеансы расчётов.

Джонатон Адамс (Jonathon Adams), помощник главного инженера Rolls-Royce, сказал: «Новая ядерная команда Rolls-Royce очень ориентирована на будущее, стремясь разрабатывать новые революционные технологии и исследовать энергоэффективные приложения для ядерной энергетики на Земле и в космосе. Квантовые технологии, включая квантовые вычисления, будут способствовать этому в течение следующих 15 лет. Важно, чтобы мы развили понимание того, как и когда мы сможем внедрить эту технологию».

Учёные нашли путь к сверхплотным квантовым компьютерам — один атом сурьмы может нести до 16 кубитов

Сейчас кубиты в большинстве своём строятся на каком-то одном квантовом состоянии. Наиболее часто для этого используется спин электрона, фотона или атома, как наиболее удобное для управления и манипуляции явление. Но со временем задачи масштабирования заставят подумать об уплотнении кубитов, что вынудит находить в кубитах иные квантовые состояния и учиться управлять ими. Как выяснили учёные, для роста плотности кубитов хорошо подходит сурьма и вот почему.

 Художественное представление многоуровневых квантовых состояний. Источник изображения: UNSW Sydney

Художественное представление многоуровневых квантовых состояний. Источник изображения: UNSW Sydney

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее показали, что атом сурьмы (Sb) может одновременно иметь 16 квантовых состояний. Непосредственно атом обладает 8 уникальными квантовыми состояниями, ещё два дают его электроны. Комбинация каждого из квантовых состояний атома с одним и другим квантовым состоянием электронов в сумме даёт 16 уникальных квантовых состояния. Это как 3D NAND будущего, в каждую ячейку которой можно будет записать по 16 бит данных.

Более того, учёные определили, что квантовыми состояниями атомов и электронов сурьмы можно управлять четырьмя различными способами. Это позволит улучшить работу с кубитами и приблизить появление квантовых универсальных компьютеров. В журнале Nature Communications исследователи опубликовали статью, в которой рассказали о достигнутом результате. Итак, квантовыми состояниями электронов можно было управлять с помощью колебаний магнитного поля. Вращением ядра атома они управляли с помощью магнитного резонанса, как это происходит в сканерах МРТ. Также они использовали для контроля над состоянием ядра электрическое поле. И, наконец, с помощью электрического поля можно управлять так называемыми триггерными кубитами, предложенными учёными UNSW в 2017 году (выше на видео).

«Мы инвестируем в технологию, которая сложнее, медленнее, но по очень веским причинам, одной из которых является чрезвычайная плотность информации, она сможет с этим справиться, — сказал профессор Андреа Морелло (Andrea Morello), ведущий автор исследования. — Иметь 25 млн атомов на квадратный миллиметр — это очень хорошо, но вы должны контролировать их один за другим. Возможность делать это с помощью магнитных, электрических полей или любой их комбинации даст нам множество возможностей для использования [всех их] при масштабировании системы».

Далее команда планирует использовать эти атомы для кодирования логических кубитов, что в конечном итоге может проложить путь к более практичным квантовым компьютерам.

Добавим, дальше всего в создании многоуровневых кубитов продвинулись российские учёные. Они смогли не только создать, но также испытать в работе логические структуры на пятиуровневых кубитах. Но это другая история.

IonQ открыла первый в США завод по производству квантовых компьютеров

В пятницу в США открылось первое специализированное предприятие для массового выпуска квантовых компьютеров. Двери завода открыла компания IonQ в присутствии делегации от властей штата Вашингтон. Квантовые компьютеры IonQ выглядят как обычные серверные стойки, и этим они подкупают заказчиков, среди которых ряд крупнейших компаний из США, Пентагон и даже швейцарская компания QuantumBasel.

 Источник изображения: IonQ

Источник изображения: IonQ

О строительстве уникального для США производства было объявлено чуть больше года назад. Предприятие раскинулось на площади 6000 м2 в пригороде Сиэтла Ботелле. Кроме сборочных цехов на территории предприятия развёрнут квантовый ЦОД компании с облачным доступом (второй по счёту в США), исследовательские центры и научный кампус. Компания IonQ не удовлетворилась достигнутым и объявила о расширении площадки до более чем 9000 м2.

В настоящий момент компания способна производить и поставлять заказчикам квантовые системы Forte на 35 алгоритмических кубитах (AQ), и в будущем запустят сборку систем Tempo на 64 AQ. Благодаря квантовым законам система Tempo будет производительнее Forte не в два раза, что можно было бы ожидать от обычных классических компьютеров, а в 536 млн раз, за что мы любим и ждём квантовые вычислители. Они обладают невиданным потенциалом в сфере расчётов, но мы пока не можем распорядиться этими возможностями даже на начальном уровне.

 IonQ Tempo

IonQ Tempo

Тем не менее, за компьютерами IonQ в очередь выстроились компании Hyundai Motor Company, Airbus, GE Research и другие. Две системы хотят приобрести военные, а ещё две системы ждут в Швейцарии. И это наряду с тем, что ведущие облачные платформы уже предоставляют доступ к квантовым платформам IonQ, включая сервис Amazon Braket.

Квантовая платформа IonQ опирается на кубиты из ионов под управлением лазеров. Такие системы не требуют криогенного охлаждения или, по крайней мере, охлаждаются до относительно высоких температур. Это делает работу с ними удобной и достаточно гуманной по затратам. Когда-нибудь заводы по производству квантовых компьютеров будут открываться пачками, но первый останется таким навсегда.

Учёные нашли способ поднять точность квантовых вычислений на порядок

Немецкая скрупулёзность сыграла решающую роль в обнаружении ряда проблем со стабильностью сверхпроводящих кубитов. Для этого пришлось заново изучить данные сотен научных работ и исследований. В результате проделанной работы в журнале Nature Physics вышла статья 30 авторов, которая объясняет, как можно минимум на один порядок снизить вероятность появления ошибок в квантовых вычислениях.

 Типичная криогенная структура квантового компьюетра. Источник изображения: Qinu GmbH

Типичная криогенная структура квантового компьютера. Источник изображения: Qinu GmbH

Всё началось в 2019 году, когда два аспиранта из Юлихского исследовательского центра (Forschungszentrum Jülich) и Технологического института Карлсруэ Деннис Уилш (Dennis Willsch) и Деннис Ригер (Dennis Rieger) запутались в данных измерений состояний сверхпроводящих кубитов с использованием туннельных переходов Джозефсона. Эта модель принесла Брайану Джозефсону Нобелевскую премию по физике в 1973 году. Она хорошо представлена математически и широко используется для работы со сверхпроводящими кубитами на основе переходов около 15 лет. Данные измерений выходили за рамки модели, и это заставило учёных искать корень проблем.

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. Источник изображения: Dennis Rieger/ Patrick Winkel, KIT

Влияние гармоник на измерения. Источник изображения: Dennis Rieger/ Patrick Winkel, KIT

Стандартная модель предполагает, что совокупные колебания (мода) в системе переходов Джозефсона имеют вид идеальной синусоиды. 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.

«Как непосредственное следствие, мы считаем, что гармоника Джозефсона поможет в разработке более качественных и надёжных квантовых битов за счёт уменьшения ошибок на порядок, что приближает нас на один шаг к мечте о полностью универсальном сверхпроводящем квантовом компьютере», — заключают авторы статьи.

В Канаде создали альтернативную архитектуру кубита со встроенной защитой от ошибок вычислений

Канадская компания Nord Quantique на сайте arXiv выложила статью, в которой сообщила о создании альтернативной архитектуры кубита. 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.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Компания Nord Quantique является дочерним предприятием факультета квантовой физики Шербрукского университета — одного из ведущих центров квантовых исследований в Канаде. 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.

 Источник изображения: Nord Quantique

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.

В работе Nord Quantique показано, что предложенная архитектура кубита снизила вероятность появления ошибки на 14 %. К сожалению, общая точность пока низкая и начинается примерно с 85 %, что значительно ниже, чем в других системах, прошедших многолетнюю разработку. И всё же, в некоторых случаях бозонный кубит, как назвали его в Nord Quantique, показал точность работы на уровне 99 %. Иными словами, перспективы у него есть, если компания начнёт быстро догонять конкурентов.

 Квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах

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.

Учёные создали «неубиваемый» кубит с естественной способностью к исправлению ошибок вычислений

Квантовая неопределённость обещает взвинтить производительность компьютеров и одновременно убивает вычисления своей чувствительностью к малейшим возмущениям среды. 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.

 Источник изображения: Peter van Loock

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.

«Хотя система состоит только из лазерного импульса и, следовательно, очень мала, она может — в принципе — немедленно устранять 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. — Наш лазерный импульс был преобразован в квантово-оптическое состояние, что даёт нам врожденную способность исправлять ошибки».

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.

Создан первый термодинамический компьютер — для вычислений его нагревают, а потом просто дают остыть

Американский стартап Normal Computing представил термодинамический компьютер, который для вычислений использует законы классической физики из раздела термодинамики. Матрица с данными банально нагревается, а потом остывает до термодинамического равновесия в системе. После этого результат естественного «вычисления» коэффициентов просто считывается из регистров. Это происходит быстрее, чем расчёты на классических компьютерах и найдёт применение в ИИ.

 ИИ-генерация «термодинамический компьютер». Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Термодинамический компьютер в представлении ИИ. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Основателями компании Normal Computing стали бывшие ведущие разработчики по искусственному интеллекту и квантовым платформам из компаний Google Brain и Alphabet X. Они на своём опыте убедились, что настоящего прорыва в ИИ ещё долго не будет как в сфере классических платформ, так и в области квантовых вычислителей. Термодинамический компьютер был разработан ими как промежуточный и переходной вариант от одних к другим.

«Существует множество различных подходов к вычислениям, но одним из наиболее энергоэффективных и быстрых подходов является использование естественных процессов для выполнения вычислений, то есть физики. В частности, хорошо подходят для вычислений связанных со случайностью термодинамические процессы, в случае вероятностных ИИ и генеративных ИИ», — говорится в одном из документов на сайте компании.

 Источник изображений: Normal Computing

Источник изображений: Normal Computing

Компания разработала прототип термодинамического компьютера для вычисления обратной матрицы и доказала его работу. Также она утверждает, что методика работает для других случаев вычислений в области линейной алгебры.

Прототип представляет собой матрицу из повторяющихся групп элементов — генераторов с колебательным емкостным контуром. Компания называет это блоком стохастической обработки (SPU). Каждый из контуров заряжает конденсатор до необходимого значения, а затем плата приходит в термодинамическое равновесие со средой, в которую её помещают, например, остывает в жидкости. После этого происходит считывание значений в элементах матрицы, которые дают искомый результат в процессе простого остывания элементов.

 Блок стохастической обработки (SPU)

Блок стохастической обработки (SPU)

«Обещания квантовой технологии не оправдали своей шумихи. Квантовые компьютеры в основном всё еще находятся на академической стадии и пока не принесли коммерческой ценности. Передовые вычисления, а не талант, могут быть ограничивающим фактором того, чтобы выгоды ИИ стали повсеместными. Наша цель — добиться постепенного изменения возможностей и эффективности искусственного интеллекта с помощью нашего нового термодинамического стека», — заявил Патрик Коулз (Patrick Coles), главный научный сотрудник Normal Computing и бывший руководитель отдела квантовых вычислений в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Самый мощный в мире квантовый компьютер на 1200+ кубитов скоро станет доступен в облаке

Канадская компания D-Wave сообщила о завершении калибровки квантового компьютера нового поколения с более чем 1200 кубитами — Advantage 2. 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.

 1200-кубитовый процессор поколения Advantage 2. Источник изображения: D-Wave

1200-кубитовый процессор поколения Advantage 2. 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. В сфере решения задач для искусственного интеллекта Advantage 2 в 90 % случаях превосходила своего предшественника, например, отлично решая задачи удовлетворения ограничений.

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. Система из 1200+ кубитов будет доступна через облачный сервис Leap компании.

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.

Китай предоставил удалённый доступ к мощному квантовому компьютеру — активнее всего его используют учёные из США

С 6 января текущего года созданный в Китае квантовый компьютер Origin Wukong на 72 сверхпроводящих кубитах открыт для удалённого доступа из любой страны мира. Им уже воспользовались исследователи из 61 страны, а больше всего пользователей оказалось из США. При этом американские квантовые платформы закрыты для входа из Китая. Это ничего не меняет, сообщают китайские учёные, для науки не должно быть границ.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

ИИ-генерация «китайский квантовый компьютер», стиль «аниме». Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В основе свободного доступа к подобным ресурсам лежит простая вещь — квантовые вычисления лежат на такой ранней стадии изучения, что даже специалисты в этой сфере не очень понимают, что с этим делать. Если для науки, то вопросов нет. Но с точки зрения практического применения квантовые компьютеры — это тёмный лес.

Не секрет, что в области разработки и изучения ценности квантовых систем Китай отстаёт от США. Та же компания IBM начала углубляться в эту область в конце 90-х годов прошлого века. У американских разработчиков 20 лет форы, а это дорогого стоит. Сегодня в активе IBM 433-кубитовые сверхпроводимые процессоры Osprey и перспективные 1121-кубитовые Condor. На этом фоне 72-кубитовый компьютер Wukong китайской компании Origin Quantum выглядит бледно. Но стоит принимать во внимание, что Origin Quantum создана в 2017 году и к настоящему дню проделала гигантский для себя путь.

 Источник изображения:

24-кубитовая система Wuyuan. Источник изображения: Origin Quantum

Свой первый квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах Origin Quantum изготовила и отправила неназванному клиенту в 2020 году. Вторая система — Wuyuan, состоящая из 24 кубитов, была поставлена заказчику в 2021 году. Третья и лучшая на сегодняшний день система компании — Wukong, из 72 кубитов, была поставлена в 2022 или в начале 2023 года. Именно она была введена в эксплуатацию и выделена в облачный доступ.

По сообщению источника, по состоянию на 10:00 утра 15 января 2024 года количество удалённых обращений к Origin Wukong превысило 350 000. Среди тех, кто вошел в систему, были пользователи из Болгарии, Сингапура, Японии, России и Канады, но США лидировали в подсчёте, хотя конкретных цифр не было представлено. С момента ввода в эксплуатацию 6 января машина выполнила 33 871 задачу по квантовым вычислениям для пользователей по всему миру. Одновременно она может выполнять до 200 квантовых операций, добавляют разработчики.

Китайцы поступили мудро, разрешив работать с системой абсолютно без ограничений. Самое ценное в этом мире — это идеи.

Российские физики придумали, как создавать треугольные и прямоугольные лазерные импульсы — это улучшит управление квантовыми схемами

Считается, что в обычных световых импульсах напряженность электромагнитного поля меняется со временем по синусоиде. Другие формы поля считались невозможными, пока недавно российские физики не предложили теоретический подход, меняющий правила игры. Открытие позволит формировать световые импульсы треугольной или прямоугольной формы, что привнесёт много нового в работу схем квантовых компьютеров.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как установили исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), изменить форму напряжённости электромагнитного поля в оптическом диапазоне можно с помощью неравномерного распределения плотности в среде, через которую пропускают импульсы сверхкороткой длительности в несколько фемтосекунд. Чем больше форм и разновидностей оптических импульсов получится создавать, тем более точным будет управление кубитами, например, в виде атомов и даже электронов.

Авторы работы теоретически смоделировали прохождение двух последовательных сверхкоротких оптических импульсов через газообразный натрий. Первичные импульсы были классической дугообразной формы, соответствующей половине периода обычной электромагнитной волны. По условиям моделирования импульсы проходили в среде путь длиной 5 мкм. Первый из импульсов передавал возбуждение атомам натрия, запуская их колебания, а второй останавливал их. Этот процесс вызывал отклик электромагнитного поля в виде двух пиков и с этим уже можно работать.

Исследователи предложили таким образом изменить плотность среды, чтобы плотность размещения атомов натрия менялась от малой к большой, затем шло плато, после чего плотность снова снижалась. Таким образом изменение плотности напоминало трапецию. После этого модель стала выдавать импульсы света строго прямоугольной формы. Меняя переход плотности среды на участках подъёма и спада с линейной на параболическую, учёные заставляли импульсы принимать треугольную форму.

 Импульсы прямоугольной и треугольной формы. Источник изображения: Ростислав Архипов

Импульсы прямоугольной и треугольной формы. Источник изображения: Ростислав Архипов

«Мы теоретически показали, что, меняя распределение плотности в среде, через которую проходит оптический импульс, можно управлять его формой. Далее предстоит экспериментально проверить наши выводы. В дальнейшем мы планируем исследовать, как оптические импульсы разной формы будут влиять на состояние квантовых систем, которые лежат в основе квантовых компьютеров», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ростислав Архипов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ.

Добавим, работа по исследованию была опубликована в журнале Optics Letters.

Японские физики добились квантовой когерентности при комнатной температуре — это упростит квантовые компьютеры

Согласованные квантовые состояния боятся любых помех, что усложняет реализацию квантовых компьютеров. Для снижения шумов их охлаждают до запредельно низких температур, но в идеале квантовые системы должны работать при комнатной температуре, без чего невозможно их массовое применение. Возможно, в этом поможет новая работа японских учёных, которые смогли добиться квантовой когерентности в обычных условиях без криогенного охлаждения.

 Источник изображения: Science Advances

Источник изображения: Science Advances

Физики изучили квантовые свойства таких молекул, как хромофоры. Они могут поглощать электромагнитное излучение определённых длин волн и излучать также в определённом диапазоне. Ранее на базе хромофоров были созданы фотоэлементы для перспективных солнечных панелей, однако в контексте нужд квантовых вычислений или квантовых датчиков они не изучались.

Японские физики поместили молекулы хромофоров в так называемые металл-органические каркасы (MOF). Это микропористый материал, который способен абсорбировать и фактически изолировать друг от друга предельно малые порции вещества. Пары электронов в молекулах хромофоров оказывались в суперпозиции по отношению друг к другу.

Микроволновое зондирование показало, что спины электронов остаются в когерентном состоянии около 100 нс. Дальнейшая настройка систем обещает ещё больше увеличить время квантовой когерентности в представленной платформе, что можно считать прорывом, поскольку всё это получено при обычной комнатной температуре, что очень дёшево и намного доступнее, чем современные квантовые криогенные платформы.

Сверхохлаждённые кубиты могут оставаться в согласованном (когерентном) состоянии квантовой неопределённости вплоть до нескольких миллисекунд. В этом они выгодно отличаются от предложенной японцами схемы. Однако цена вопроса и стоимость эксплуатации криогенных систем также кратно снижает практическую ценность квантовых расчётов и симуляций.

Остаётся надеяться, что японские физики смогут довести свою разработку до уровня квантовых вычислителей или квантовых датчиков. Пока же это только демонстрация возможностей, с которой ещё работать и работать, о чём они сообщили в статье в журнале Science Advances.

Хоронить RSA-шифрование с помощью квантовых компьютеров ещё рано, выяснили российские учёные

Примерно год назад группа китайских учёных опубликовала статью, в которой сообщила о скорой смерти широко используемого метода RSA-шифрования с открытым ключом. На небольшом квантовом компьютере они показали, что взломать RSA можно с использованием меньшего числа кубитов, чем длина ключа. В этом таилась колоссальная угроза безопасности критически важным данным, что нужно было изучить. Всё оказалось не так просто.

 Источник изображения: НИТУ МИСИС

Источник изображения: НИТУ МИСИС

Анализом работы китайских коллег занялась группа учёных Университета МИСИС, РКЦ и «Сбера». Считается, что большинство используемых в настоящее время криптосистем с открытым ключом защищены от атак через обычные компьютеры, но могут быть уязвимы для квантовых платформ. Поскольку компания IBM уже представила 433-кубитовый квантовый процессор Osprey, то ключ RSA-2048 теоретически может быть взломан в любой момент. В работе китайских специалистов доказывалось, что для этого хватит 372 кубитов, а не 20 млн, как считалось ранее.

Китайские исследователи использовали 10-кубитную платформу для разложения на простые множители (факторизацию) 48-битового ключа.

«Основываясь на классическом методе факторизации Шнорра, авторы используют квантовое ускорение для решения задачи поиска короткого вектора в решётке (SVP, shortest vector problem) небольшой размерности — что позволило им сделать сенсационное заявление о том, что для факторизации, т.е. разложения большого числа на множители, требуется меньше кубитов, чем его длина, а также квантовые схемы меньшей глубины, чем считалось ранее», — поясняют в пресс-релизе представители НИТУ МИСИС.

Российские исследователи пришли к выводу, что алгоритм коллег нерабочий из-за «подводных камней» в классической части и сложности реализации квантовой.

«Метод Шнорра не имеет точной оценки сложности. Основная трудность заключается не в решении одной кратчайшей векторной задачи, а в правильном подборе и решении множества таких задач. Из этого следует, что этот способ, вероятно, не подходит для чисел RSA таких размеров, которые используются в современной криптографии», — сказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Предложенный китайскими учёными метод даёт только приближённое решение задачи, которое можно легко получить для небольших чисел и маленьких решёток, но практически невозможно для реальных длинных ключей, что российские учёные подробно объяснили в статье в журнале IEEE Access (ссылка на arxiv.org).

В то же время российские учёные рекомендуют не расслабляться, а готовиться к постквантовой криптографии. Появляются новые платформы и новые алгоритмы, и в один не очень прекрасный день окажется, что надёжные ещё вчера RSA-ключи вдруг перестали защищать ваши данные.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Microsoft покажет игры сторонних разработчиков на новой презентации — где и когда смотреть Xbox Partner Preview 31 мин.
В работе Telegram произошёл сбой 2 ч.
Larian не смогла уместить Baldur’s Gate 3 для Xbox на трёх дисках — не хватило всего 500 Мбайт 2 ч.
Евросоюз оштрафовал Apple на €1,84 млрд по жалобе Spotify 2 ч.
«Выглядит намного лучше Bloodlines 2»: игроков впечатлил геймплей фанатского ремейка первой Vampire the Masquerade на движке Skyrim 3 ч.
Ведун и богатырь казаков стали главными звёздами новых роликов от создателей «Смуты» 3 ч.
Система обнаружения атак с помощью имитации IT-инфраструктуры R‑Vision TDP получила крупное обновление 4 ч.
Разработчики Minecraft заинтриговали фанатов тизером кроссовера с фильмом «Дюна: Часть вторая» 5 ч.
Postgres Professional выпустила новую распределённую СУБД Postgres Pro Shardman для крупных предприятий 6 ч.
Биткоин стал дороже $65 000 и готов к рекордному скачку в преддверии халвинга 6 ч.