Теги → квантовые вычисления
Быстрый переход

Военные США открыли для себя квантовые алгоритмы и теперь думают, как извлечь пользу

На днях Агентство перспективных исследований МО США DARPA запустило программу по продвижению квантовых вычислений. Военные отдают себе отчёт в том, что настоящих универсальных квантовых компьютеров не будет ещё очень и очень долго. Поэтому программа предполагает запуск квантовых алгоритмов на обычных ПК или создание гибридных платформ с использованием квантовых систем с относительно небольшим набором кубитов ― от сотен до тысяч.

В программе DARPA ONISQ (Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum), будут участвовать семь университетских и отраслевых команд. На русский язык название программы можно перевести как оптимизация с зашумлёнными квантовыми системами среднего масштаба. К слову, название программы вероятно является анаграммой слова «оникс», что соответствует её духу. 

Программа ONISQ предусматривает две фазы или этапа. Первый этап стартовал в марте этого года и продлится полтора года. Участники этой фазы должны представить квантово-классический алгоритм и его исполнение на квантовом устройстве для решения конкретной задачи комбинаторной оптимизации. Этой задачей может быть глобальное управление логистикой, производство электроники, проблематика сворачивания белков или что-то другое. Решение подобных задач представляет интерес как для военных, так и для гражданских (коммерческих) целей.

Первым этапом займутся команды Georgia Tech Applied Research Corporation (дочернее предприятие корпорации Georgia Tech Research Corporation), некоммерческой ассоциации Universities Space Research Association (Ассоциация космических исследований университетов), Совета Гарвардского университета (Presidents & Fellows of Harvard College) и компании ColdQuanta.

Вторая фаза программы ONISQ в два раз длиннее ― она рассчитана на 30 месяцев (на 2,5 года). Участники второй фазы, а в неё могут перейти перспективные команды из первой фазы, будут разрабатывать общие теоретические методы для прокладывания пути к парадигме квантовой оптимизации. Проще говоря, вторая фазы программы предполагает поиск квантовых алгоритмов для решения задач комбинаторной оптимизации с намного большей эффективностью, чем на классических компьютерах. Начнут этим заниматься команды Университета Теннесси, Клемсонского университета и Лихайского университета.

«Что особенно интересно в командах ONISQ, так это то, что ученые, работающие в области квантовой информации, будут работать бок о бок с экспертами в области теории классической оптимизации», ― сказала Татьяна Курчич (Tatjana Curcic), руководитель программы в DARPA. «Вместе они выяснят, где гибридный квантово-классический подход принесет наибольшую отдачу».

Intel и QuTech создали квантовый компьютер, работающий при температурах выше одного кельвина

Компания Intel совместно со специалистами нидерландского научного-исследовательского института QuTech успешно продемонстрировали возможность использования спиновых кубитов (их состояние определяется спином атомных ядер) на основе кремниевых квантовых точек при температурах выше одного кельвина.

Квантовые компьютеры способны превзойти свои классические аналоги во многих задачах. Однако для возможности практического применения квантовых вычислительных систем необходимо обладать возможностью контролировать миллионы кубитов, в которых содержится информация.

Современные конструкции квантовых систем ограничены общим размером, надёжностью (точностью) кубитных операций, а также невероятной сложностью и дороговизной электроники, необходимой для управления квантовыми вычислениями в больших масштабах.

Для возможности хранения информации кубиты должны охлаждаться до температуры близкой к абсолютному нулю (-273°C или 0 кельвинов). Тем не менее, возможность повышения температуры, при которой смогут работать кубиты, имеет решающее значение для масштабирования квантовых вычислений. Ранее было показано, что квантовый компьютер работает только в диапазоне температур милликельвинов, то есть не более чем на долю градуса выше абсолютного нуля.

Учёные и инженеры Intel вместе с нидерландскими коллегами из QuTech смогли впервые продемонстрировать возможность работы кубитов на основе кремниевых квантовых точек при температурах выше 1 кельвина с сохранением высокого уровня надёжности и когерентности.

Время когерентности и надёжность однокубитной операции для двух кубитов (красный и синий) при температуре 1.1 кельвин

Время когерентности и надёжность однокубитной операции для двух кубитов (красный и синий) при температуре 1,1 кельвин

Более того, исследователи реализовали универсальную квантовую логику на основе двухкубитного процессора и продемонстрировали возможность её работы при температуре 1,1 кельвин с уровнем надёжности однокубитной операции в 99,3 % и временем когеренции 2 микросекунды. Ранее подобное было возможно только при температуре 40 милликельвинов.

Результат Intel и QuTech показывает, что квантовые вычисления обладают потенциалом масштабируемости, могут стать более простыми и, главное, более доступными.

Microsoft инвестирует в стартап PsiQuantum по созданию первого в мире  прикладного квантового компьютера

Компания Microsoft работает над квантовыми компьютерами уже несколько лет. В прошлом году она анонсировала полнофункциональную открытую облачную экосистему Azure Quantum для квантовых вычислений, а также запустила сообщество Quantum Network для продвижения идеи квантовых вычислений. Теперь же Microsoft инвестировала в PsiQuantum — 5-летний стартап, который хочет создать первый в мире утилитарный квантовый компьютер.

Как пишет Telegraph, целью PsiQuantum является создание первого в мире прикладного квантового компьютера мощностью 1 миллион кубитов. В его основе будут лежать кремниевые чипы, которые обрабатывают информацию с использованием отдельных фотонов. Это означает, что каждый отдельный компонент квантового компьютера изготавливается на одних и тех же фабриках и собирается на тех же производственных линиях, что и обычные ноутбуки или смартфоны. PsiQuantum собрал команду из более чем 100 инженеров с опытом работы во всех сферах полупроводникового производства и квантовых вычислений.

«Стоит отметить, что используемый PsiQuantum подход к топологическим кубитам отличается от того, что использует Microsoft (подход Microsoft позволил бы исправлять ошибки в оборудовании посредством топологической защиты от локальных помех, — прим.ред.). PsiQuantum и Microsoft сталкиваются с различными наборами инженерных задач, которые необходимо решать с помощью разных подходов, но компании разделяют видение масштабируемого, отказоустойчивого квантового компьютера»  — заявил Самир Кумар (Samir Kumar), управляющий директор фонда Microsoft M12.

Создание полностью программируемого квантового компьютера является одной из самых захватывающих современных задач в области науки и техники. В будущем квантовые суперкомпьютеры смогут моделировать химические реакции и свойства материалов с недосягаемым для обычных компьютерных технологий уровнем точности, что может в лучшую сторону преобразить любую сферу современных технологий: авто- и авиастроение, фармацевтику, промышленные процессы.

Fujitsu и канадская Quantum Benchmark совместно разработают «безошибочные» квантовые алгоритмы

Квантовые расчёты носят вероятностный характер, поэтому ошибки в квантовых вычислениях ― это неизбежная данность. Другое дело, что их можно минимизировать. Вместе решать эту проблему будут исследователи из японской компании Fujitsu Laboratories и канадской Quantum Benchmark.

Сегодня компании Fujitsu Laboratories и Quantum Benchmark выпустили пресс-релиз, в котором объявили, что будут проводить совместные исследования в области разработки квантовых алгоритмов с использованием фирменной технологии подавления ошибок Quantum Benchmark. Это технология True-QTM. Компания Fujitsu внедрит её в фирменные вычислительные квантовые платформы на основе так называемого квантового отжига.

Квантовый отжиг, в свою очередь, опирается на решение вычислительных задач с помощью комбинаторной оптимизации. Для решения подобных квантовых задач подходят современные вычислительные платформы. У Fujitsu есть соответствующее оборудование и, что важно, проверенные алгоритмы. Это означает, что партнёрам нет нужды дожидаться выхода криогенных или иных квантовых систем. Ряд квантовых алгоритмов и задач можно будет решать на современных компьютерах.

Стартап Quantum Benchmark основан ведущими исследователями из Института квантовых вычислений Университета Ватерлоо. В активе молодой компании программные инструменты для выявления и классификации ошибок, подавления ошибок и проверки производительности оборудования для квантовых вычислений. В основе совместных исследований Fujitsu и Quantum Benchmark будет лежать практическая адаптация запатентованной технологии True-QTM компании Quantum Benchmark. Ожидается, что на выходе партнёры получат устойчивые к ошибкам квантовые алгоритмы для решения проблем в области материаловедения, разработки лекарств и финансов, которые трудно решить с помощью обычных компьютеров.

Первый период совместных работ продлится с апреля 2020 года по март 2021 года с планами продлить работы после апреля 2021 года. Если всё будет хорошо, к 2023 году партнёры планируют продемонстрировать новые приложения на 100+ кубитовом квантовом компьютере. На плечи Fujitsu Laboratories ляжет обязанность разработки квантового алгоритма для таких приложений, как квантовая химия и машинное обучение, а также создание технологии анализа производительности для квантовых алгоритмов в моделировании.

Компания Quantum Benchmark, в свою очередь, обещает помочь с внедрением технологии диагностики ошибок True-QTM в современные платформы квантовых вычислений и поддержать на них реализацию квантовых алгоритмов.

Одной из лучших статей по физике в 2019 году стала статья об охлаждении фигурок LEGO до самой низкой температуры

Вы не поверите, но исследование о поведении пластмассовых фигурок из конструктора LEGO после охлаждения до рекордно низкой температуры провела группа британских учёных. Но не спешите с выводами. Исследователи выясняли важный вопрос ― какие материалы лучше всего использовать в конструкции квантовых компьютеров? Конструктор LEGO прошёл проверку на пять с плюсом.

На сайте Университета Ланкастера вышел пресс-релиз, в котором с гордостью сообщается о чрезвычайной популярности одного недавнего и необычного исследования, проведённого учёными этого академического заведения. Речь идёт об одной публикации в декабрьском номере престижного научного журнала Scientific Reports. В своей статье учёные раскрыли поведение пластиковых фигурок из обычного конструктора LEGO при охлаждении до самой низкой температуры, возможной в лабораторных условиях.

Сегодня статья об этом исследовании признана издательством Springer Nature как одна из 16 лучших статей по физике в 2019 году. Охладив фигурки LEGO из обычного ABC-пластика до –273,15 °C, физики выяснили две вещи. Во-первых, дешёвый пластик Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) способен выдерживать предельно низкие температуры и может быть использован для построения криогенных квантовых компьютеров, например, с использованием обычных 3D-принтеров. Определённо это удешевит создание подобных систем.

Вторым интересным выводом из исследования стало заключение о высоких теплоизолирующих свойствах шипованной конструкции соединения кирпичиков LEGO между собой. Это также позволяет рассчитывать, что в будущем появятся относительно недорогие и эффективные теплоизоляторы для криогенных квантовых вычислителей.

Статья о данном исследовании вышла по всему миру на более чем 30 языках в 60 странах. Этому во многом способствовало то, что охлаждению в самом передовом в мире холодильнике растворения подверглись вездесущие кубики LEGO, наступать на которые регулярно вынуждены многие родители. Учёные тоже люди, даже если они физики. Эксперимент с LEGO задел какую-то струнку в душе у многих.

Квантовые компьютеры смогут работать при комнатной температуре

Исследование, проведённое международной группой специалистов, приближает эпоху квантовых компьютеров, способных функционировать при комнатной температуре. Об этом сообщается в публикации Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».

Квантовые вычислительные системы оперируют квантовыми битами, или кубитами. Они могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы. Поэтому с ростом количества использующихся кубитов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии.

На сегодняшний день в существующих квантовых системах наиболее распространены кубиты на сверхпроводящих материалах или на одиночных атомах в оптических ловушках. Однако для работы таких комплексов требуются сверхнизкие температуры, что оборачивается колоссальными затратами на постоянное охлаждение.

Новое исследование открывает путь к кубитам, функционирующим в обычных условиях. В работе приняли участие российские специалисты из НИТУ «МИСиС», а также их коллеги из Швеции, Венгрии и США.

Учёные нашли способ создавать стабильные полупроводниковые кубиты из карбида кремния (SiC). Специалистам удалось выяснить, какая именно структурная особенность позволяет таким кубитам работать при комнатной температуре.

«Карбид кремния и ранее рассматривался как перспективный материал для создания кубитов, однако в ряде случаев такие кубиты сразу же "перегорали" при комнатной температуре. Задачей учёных было выяснить, при какой модификации материала работа была бы стабильной. Разработка открывает новые перспективы в создании квантового компьютера, который бы стабильно работал при комнатной температуре», — говорится в сообщении. 

Физики из Цюриха создали локальную сеть для квантового компьютера

Громоздкие криогенные системы современных квантовых компьютеров по определению не могут вместить сотни и больше кубитов. Слишком уж большой получится система ― размерами с комнату или даже дом. Выходом может стать создание кластеров. Осталось решить задачу сетевого соединения систем в кластере с сохранением квантовой запутанности. Для этого физики из Цюриха смогли создать опытную квантовую локальную вычислительную сеть.

ETH Zurich

ETH Zurich

Группа физиков из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) продемонстрировала микроволновую квантовую линию длиной пять метров. Это самая длинная в своем роде линия на сегодняшний день. Она может быть использована как для будущих квантовых компьютерных сетей, так и для экспериментов в области фундаментальных исследований квантовой физики.

Микроволновая линия представляет собой металлический волновод между двумя квантовыми процессорами. Как и квантовые процессоры, волновод охлаждён жидким гелием до температуры –273,15 °C. От внешней среды волновод отделён многослойным медным кожухом, вес которого составляет четверть тонны. Это позволяет держать температуру на необходимом нижнем уровне. Столь низкие температуры нужны для того, чтобы устранить тепловые возмущения, которые нарушают состояние суперпозиции квантов и ведут к ошибкам в расчётах.

Линия связи между квантовыми процессорами необходима для обмена состояниями суперпозиции между ними или для создания запутанности, чтобы квантовый кластер работал как единый квантовый вычислитель. Запутанность осуществляется с помощью фотонов микроволнового излучения. Генератор в одной системе испускает фотон, тот преодолевает дистанцию через волновод и принимается второй системой. Опыты с 5-метровой микроволновой линией показали, что в процессе передачи фотонов кубиты в связанных системах подвергались минимальной декогеренции (рассогласованию).

ETH Zurich

ETH Zurich

Параллельно физики создали 10-метровую и планируют создать 30-метровую линию квантовой связи. Линия длиной 10 метров уже создана и проверена охлаждением, но опыты на ней пока не ставились. Линия длиной 30 метров будут создана позже. Если будет реализована та же конструкция теплоизолирующего кожуха, то для неё понадобится полторы тонны меди. Очевидно, что над схемой теплоизоляции ещё предстоит поработать.

Intel проливает свет на «квантовую» SoC Horse Ridge

Компания Intel как ведущий разработчик микропроцессоров не могла остаться в стороне от создания квантовых вычислителей. С помощью учёных из Нидерландов она создала уникальный кремниевый контроллер для построения масштабируемых квантовых компьютеров. Сегодня она пролила немного света на эту разработку.

Криогенный контроллер Intel Horse Ridge для управления кубитами

Криогенный контроллер Intel Horse Ridge для управления кубитами

Формально контролер Horse Ridge был анонсирован в декабре прошлого года. На тот момент Intel отделалась общими словами и раскрыла только детали техпроцесса новинки. Кристальная сборка Horse Ridge, пояснили в компании, использует 22-нм техпроцесс и построена с использованием транзисторов FinFET с вертикальными затворами. Назначение контроллера действительно заключается в том, чтобы упростить создание многокубитовых вычислительных систем.

В своих изысканиях Intel исследует криогенные квантовые компьютеры. Такие системы работают при охлаждении до температуры вблизи абсолютного нуля. Современная электроника не может работать при охлаждении до таких температур. Поэтому управляющие схемы запускают щупальца-кабели из безопасного и теплого местечка снаружи изолированного бокса с кубитами внутрь охлаждённой камеры.

Именно поэтому квантовые вычислители выглядят как картинка из вселенной стим-панка. Для 50 кубитов или около того это терпимо, но масштабировать такую конструкцию до сотен и тысяч кубитов будет крайне сложно и дорого. Необходимы управляющие цепи, которые будут расположены как можно ближе к кубитам. В идеале электроника для усиления сигнала и для трансляции кода в управляющие кубитами сигналы должна располагаться в одной камере с кубитами. Именно для этой цели и создан контроллер Intel Horse Ridge.

Забегая вперёд, отметим, SoC Intel Horse Ridge работает при охлаждении до 4 кельвинов. Криогенные кубиты работают при более низкой температуре в доли одного кельвина. Так что мечта о едином вычислительном модуле с управляющей электроникой пока остаётся мечтой. Больше надежд на спиновые кубиты. Квантовый вычислитель на спиновых кубитах работает при температуре 1,6 кельвина, что уже ближе к возможностям контроллера Horse Ridge.

Что касается самого контроллера, то он для управления кубитами содержит радиочастотный многоканальный блок. Блок поддерживает работу четырёх радиочастотных каналов. Каждый канал может контролировать до 32 кубитов. Для этого используется частотное мультиплексирование ― разделение общего канала на непересекающиеся частотные диапазоны. Радиочастотные импульсы способны как опрокинуть спин (управлять кубитами), так и считать состояние кубита. Собственно с помощью радиоимпульсов вычислительный алгоритм транслируется в состояние кубитов. Всего один контроллер Horse Ridge может управлять 128 кубитами.

Также контроллер содержит блоки коррекции ошибок, которые могут возникать в многокубитовых системах. Радиосигнал в плотном окружении подвержен взаимным помехам и искажениям, что, например, может вызывать сдвиг фаз и вести к ошибкам в управлении и считывании кубитов. В контроллер встроен механизм автоматической подстройки частоты и фазы управляющих сигналов, что упрощает масштабирование системы.

Кремниевая схема с одним спиновым кубитом

Кремниевая схема с одним спиновым кубитом

Рабочий частотный диапазон квантового контролера Intel позволяет работать как с обычными сверхпроводящими кубитами, которые реагируют на частоты в диапазоне 6–7 ГГц, так и со спиновыми кубитами, которым нужны рабочие частоты в диапазоне 13–20 ГГц. Возможно из доклада Intel на эту тему на конференции ISSCC 2020 сегодня мы узнаем чуть больше о SoC Horse Ridge.

В США приступают к планированию квантового Интернета

Интернет вырос из распределённой сети обмена трафиком между университетами и научными центрами в США. Та же самая основа станет почвой для появления и развития квантового Интернета. Какие формы примет квантовый Интернет, заполонят его котики (Шрёдингера) или он поможет в скачкообразном развитии науки и техники сегодня можно только догадываться. Но он будет, и этим всё сказано.

По запросу Президента США Дональда Трампа бюджет 2021 года на развитие квантовой информатики (QIS, quantum information science) должен быть удвоен. Ранее мы сообщали, что в рамках развития экзафлопсных вычислений в США на 2021 год может быть выделено $5,8 млрд. На исследования в области квантовой информатики предусмотрено $237 млн. Из этой суммы на планирование и первичное развёртывание базы для квантового Интернета предназначено $25 млн.

Ведущую роль в создании квантовой сети по обмену трафиком, скажем так, нового поколения, будет играть Министерство Энергетики США (Department of Energy, DOE). Квантовый Интернет будет строиться на уже существующих региональных узлах, созданных лабораториями в подчинении министерства. Например, в качестве одного из узлов планируется задействовать точку обмена квантовыми данными, которую создали в Чикагском Университете. Партнёрами в данном случае выступили лаборатории Министерства Энергетики Argonne и Fermi. Недавно в университете запустили 83-км испытательный стенд для экспериментов по квантовой связи, который поможет приблизить момент появления квантового Интернета.

Ещё одна лаборатория министерства ― Брукхейвенская лаборатории (Brookhaven National Laboratory (BNL) ― возглавляет разработку квантовых узлов по обмену трафиком в Нью-Йорке и на «северо-востоке» страны. На западе США по этому вопросу Министерство Энергетики сотрудничает с объединением Northwest Quantum Nexus, в которое входят Pacific Northwest National Lab, Microsoft Quantum и Вашингтонский Университет. В конечном итоге планируется подключить к квантовому Интернету все 17 национальных лабораторий, не считая желающих примкнуть к процессу.

Штука в том, что время для квантового Интернета ещё не пришло. Но когда такое мешало осваивать бюджет? Многие вещи ещё только предстоит изобрести. Мы даже не говорим выпустить и установить. В своё оправдание разработки выдвигают аргумент, что будущий Интернет будет гибридным, сочетая обычный Интернет и квантовый. Это позволяет вовлечь в процесс разработки новых технологий и нового оборудования широкие массы разработчиков, чтобы со временем создать нечто революционное.

«Цифровой Интернет будет основой, а когда он объединится с квантовым Интернетом, результатом станет гетерогенная вычислительная сеть невероятной мощности и потенциала». Сюда же можно добавить, что это должны быть сети, которые нельзя взломать. Также квантовый Интернет должен будет предоставить возможность распределённых квантовых вычислений или возможность кластерной работы удалённых квантовых вычислителей. Но с этого места мы вторгаемся в сферу смелой научной фантастики, а это не наш жанр.

Даже Индия инвестировала в квантовые вычисления более $1 млрд

Правительство Индии объявило о намерении в ближайшие пять лет инвестировать 80 млрд рупий (приблизительно $1,12 млрд) в исследования в сфере квантовых вычислений. Министр финансов Индии Нирмала Ситхараман (Nirmala Sitharaman) заявила о том, что инвестиции будут способствовать исследованиям в рамках координации квантовых технологий и прикладных национальных проектов.

Стоит сказать о том, что ранее некоторые страны уже начали исследования в сфере квантовых вычислений. В 2016 году Европейская комиссия объявила о выделении €1 млрд на реализацию проектов в области квантовых вычислений. В 2018 году президент США Дональд Трамп (Donald Trump) подписал законопроект, в рамках которого на аналогичную деятельность было выделено $1,2 млрд. В то же время Китай объявил о планах по инвестированию $2 млрд в исследования в сфере квантовых вычислений. Некоторые другие страны, такие как Япония, Германия и Канада, также работают в данном направлении.

В отличии от других стран, у Индии не так много опыта в этой сфере. В прошлом году Министерство науки и технологий организовало исследовательский проект под названием «Квантовое расширение прав и возможностей науки и технологий» на базе института в городе Хайдарабад, на реализацию которого было выделено 800 млн рупий, что приблизительно равно $11,2 млн. Хотя Индия только начинает участвовать в квантовых исследования, крупные компании, такие как IBM и Google, уже борются за лидирующие позиции в данном направлении. Возможно, чтобы идти в ногу с другими странами Индия будет реализовывать совместные проекты с компаниями, которые преуспели в сфере квантовых вычислений.

Toshiba разработала «квантовые» алгоритмы для запуска на современных компьютерах

Как недавно выяснилось, компании Toshiba не нужно ждать появления квантовых вычислительных систем, чтобы уже сегодня начать решать немыслимые для выполнения на современных компьютерах задачи. Для этого в Toshiba разработаны программные алгоритмы, аналогов которым нет ни у кого.

Впервые описание алгоритма было опубликовано в статье на сайте Science Advances в апреле 2019 года. Тогда, если верить сообщениям, многие эксперты со скептицизмом встретили заявление Toshiba. А суть этого заявления в том, что для решения ряда специфических задач, о которых мы скажем ниже, подойдёт обычное компьютерное «железо» ― серверное, для ПК или связки из видеокарт ― которое будет решать задачи до 10 раз быстрее, чем оптический квантовый компьютер.

После публикации статьи в течение 2019 года Toshiba провела ряд симуляций с использованием «квантового» алгоритма. Как отчитались в компании, на стенде на основе матрицы ПЛИС с 2000 узлами (которые играли роль переменных) и примерно 2 млн межузловых соединений решение вычислялось за 0,5 с. Запуск поиска решения на лазерном (оптическом) квантовом симуляторе решал задачу в 10 раз медленнее.

Эксперименты по симуляции арбитража в валютном трейдинге дали решение всего за 30 миллисекунд с 90-процентной вероятностью совершения прибыльной сделки. Надо ли говорить, что разработка сразу же заинтересовала финансовые круги?

И всё же, Toshiba пока не спешит предоставлять коммерческие услуги с использованием «квантовых» алгоритмов. Если верить декабрьскому сообщению Nikkei, Toshiba планирует создать дочернюю компанию для практического тестирования разработанных алгоритмов в сфере моментальных сделок на валютных биржах. Заодно немного заработает, если алгоритм настолько хорош, как про него рассказывают.

Что касается самого алгоритма, то он представляет собой моделирование (симуляцию) разветвлений или бифуркационные явления в сочетании с такими аналогами в классической механике, как адиабатические и эргодические процессы. Иначе и быть не может. Апеллировать напрямую к квантовой механике алгоритм не может, поскольку работает на классических ПК с фон-неймановской логикой.

Адиабатические процессы в термодинамике подразумевают непроходимые наружу или замкнутые в себе процессы, а эргодичность означает, что систему можно описать по наблюдению за одним из её элементов. В целом алгоритм ищет решения по так называемой комбинаторной оптимизации, когда из великого множества переменных нужно найти несколько оптимальных комбинаций. Прямым вычислением такие задачи решить невозможно. К таким задачам относится логистика, молекулярная химия, трейдинг и многое другое полезное и интересное. Широкое практическое применение своих алгоритмов Toshiba обещает начать в 2021 году. Она не желает ждать 10 или больше лет до появления квантовых компьютеров, чтобы решать «квантовые» задачи.

Nissan и РКЦ займутся разработкой новых материалов с применением квантовых систем

Компания Nissan и Проект по квантовому машинному обучению Российского квантового центра (РКЦ) объявили о заключении соглашения о сотрудничестве в области применения квантовых вычислений для решения задач моделирования химических соединений.

Речь идёт о разработке и тестировании материалов нового поколения. Ожидается, что они найдут применение, в частности, в передовых аккумуляторных батареях, что поможет Nissan укрепить позиции на быстро развивающемся рынке электромобилей.

В рамках партнёрства предполагается создать новые методы моделирования квантовых систем и протестировать их с использованием существующих квантовых процессоров. Ожидается, что применение квантовых систем позволит многократно повысить эффективность разработки новых материалов по сравнению с традиционными компьютерными платформами.

Отмечается, что совместная инициатива Nissan и РКЦ — это один из первых коммерческих проектов в области квантовых вычислений в России. Сумма и сроки выполнения работ не раскрываются.

«Квантовые технологии чрезвычайно перспективны для решения ряда индустриальных задач. Материалы, которые можно будет создать с помощью квантовых компьютеров, существенно увеличат энергоёмкость и мощность батарей. В итоге мы получим возможность создавать высокоэффективный и экологичный транспорт, а также новые решения», — заявляет Nissan. 

Американцы предложили оригинальную структуру криогенной памяти

На днях учёные из Окриджской национальной лаборатории (ORNL) продемонстрировали новую криогенную или низкотемпературную схему ячейки памяти, основанную на связанных массивах джозефсоновских переходов. Разработка может изменить представление как о квантовых, так и о традиционных суперкомпьютерных вычислениях. Что важно, предложенная структура ячейки прошла испытание и подтвердила свою работоспособность на практике.

Опытная криогенная память (Carlos Jones/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy)

Опытная криогенная память (Carlos Jones/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy)

Эффект Джозефсона, на который опирается работа ячейки криогенной памяти, давно предсказан, изучен и даже используется на практике. Этот эффект проявляет себя разными интересными способами на так называемом джозефсоновском переходе ― охлаждённом до очень низких температур бутерброде из двух проводников, разделённых диэлектриком. На таком переходе при температуре охлаждения вблизи абсолютного нуля диэлектрик между двумя сверхпроводниками начинает пропускать электроны. Если есть ток, есть и всё остальное ― управление, измерение, генерация высоких частот и их поглощение. Фактически переход Джозефсона ― это транзистор в криогенике.

Оригинальная идея американских учёных заключается в том, что они создали ячейку памяти из трёх индуктивно связанных переходов Джозефсона. В виде чипа опытную ячейку изготовила компания SeeQC. Каждый чип содержит четыре независимые ячейки памяти с некоторыми отличиями в материалах, что было важно для изучения рабочих характеристик ячеек. В опыте чипы охлаждали до температуры 4 К, а для управления ячейками использовали обычный настольный компьютер, работающий при комнатной температуре.

Все опытные криогенные ячейки памяти продемонстрировали запись, чтение и стирание данных. Иначе говоря, вели себя как обычные ячейки компьютерной памяти. Рабочие характеристики оказались даже лучше ожидаемых. Однако о коммерческой реализации данной технологии говорить рано. Учёные провели эксперимент только с одной ячейкой. До создания даже опытных массивов подобной памяти пройдёт ещё немало времени и исследований. Но если такая память появится, она, как минимум, поможет экономить на энергопотреблении массивами памяти, которых суперкомпьютеры требуют всё больше и больше.

В США создан альянс по квантовым вычислениям

В США пришли к решению активизировать усилия на направлении квантовых вычислений. Для этого в стране был создан альянс из нескольких ведущих академических учреждений и исследовательских центров. Новое объединение получило имя Quantum Information Edge. Целью альянса ставится ускорение квантовых исследований и разработок с одновременным поиском решений в широком диапазоне областей науки и техники. На выходе должен появиться не только универсальный программируемый квантовый компьютер, но и алгоритмы для решения целого спектра задач, которые сегодня невозможно решить с помощью традиционных компьютеров.

Во главе Quantum Information Edge стоят Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и Национальные лаборатории Сандии (Sandia National Laboratories). Также альянс включает Университет Мэриленда, Университет Дьюка, Гарвардский университет, Университет Колорадо в Боулдере, Калифорнийский университет в Беркли, Калифорнийский технологический институт, Лабораторию Линкольна Массачусетского технологического института, Массачусетский технологический институт и Университет Нью-Мексико. По словам одного из участников объединения, США стоит на пороге значительного прогресса в квантовой информатике. Альянс и совместная работа учёных США позволит выйти на новый уровень в этой области.

Альянс будет использовать несколько аппаратных подходов, включая сверхпроводящие, ловушки ионы и квантовые биты (или кубиты) из захваченных атомов. Будут проведены исследования, которые помогут в подавлении шума и снижении ошибок в многокубитных квантовых процессорах, сильно ухудшающих производительность квантовых систем. Также совместные исследования помогут в создании новых вычислительных алгоритмов для управления кубитами и в разработке новых методов для изготовления, управления и взаимосвязи кубитов.

Учёные планируют работать в тесном сотрудничестве с компаниями, которые могут выпускать компоненты квантовых систем и полные квантовые системы. Подобные научные объединения планируют создать или уже создают с привлечением правительственных программ в ЕС, Китае и в Японии. Это направление слишком важно, чтобы им можно было бы пренебречь.

Третий квантовый компьютер IBM Q System One будет установлен в Японии

Компания IBM не могла не отреагировать на недавнее объявление о сотрудничестве японской компании NEC и канадской D-Wave Systems. Пара последних, напомним, договорилась вместе продвигать в Японии квантовые вычисления на облачной платформе D-Wave. У американского «Голубого Гиганта» свой взгляд на квантовые вычисления, который в корне отличается от подхода канадцев и, конечно же, IBM будет делать всё возможное, чтобы распространить поддержку своих квантовых разработок.

IBM Q System One

IBM Q System One

Но это присказка, а сказка в том, что IBM не только договорилась о «квантовом» сотрудничестве с Токийским университетом, но также приняла решение разместить третью в мире по счёту установку Q System One на одной из своих японских площадок (первые две размещены в Германии и США). Поэтому если D-Wave Systems и NEC будут продвигать только облачные квантовые платформы, то IBM предоставит также доступ непосредственно к квантовому «железу».

IBM и Токийский университет будут вместе работать по трём направлениям. Во-первых, партнёры намерены создавать прикладные квантовые решения для промышленности. Во-вторых, сотрудничество призвано развить технологии квантовых вычислительных систем. В-третьих, целью партнёрства ставится улучшение квантовой науки и образования.

«IBM и Токийский университет также создадут первый в своем роде центр технологий квантовых систем для разработки аппаратных компонентов, которые будут использоваться в квантовых компьютерах следующего поколения. Центр будет включать лаборатории для разработки и тестирования новых аппаратных компонентов для квантовых вычислений, включая расширенные возможности криогенных и микроволновых испытаний».

На базе студенческого городка планируется создать среду для привлечения к исследованиям и работам по квантовым проектам студентов и преподавателей. Обещаны тематические практикумы и мероприятия. Однако инициатива обещает носить всеяпонский характер с вовлечением в процесс квантовых вычислений локальных компаний.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥