Теги → квантовые вычисления
Быстрый переход

Российские учёные придумали, как связывать квантовые компьютеры разных типов в единую систему

Учёные продвинулись в создании отдельных квантовых вычислителей и настала пора подумать о создании кластеров из нескольких систем. Проблема в том, что у разных групп свои квантовые платформы — сверхпроводящие, оптические, кремниевые или иные. Новая работа российских физиков позволяет рассчитывать на эффективный обмен информацией между квантовыми системами на разных платформах для использования преимуществ каждой.

Многослойная структура для создания сильного взаимодействия. Источник изображения: Science Advances

Многослойная структура для создания сверхсильной фотон-магнонной связи. Источник изображения: Science Advances

Учёные из МФТИ и МИСиС разработали и протестировали новую платформу для реализации сверхсильной фотон-магнонной связи. Фотоны — это логичный выбор для обмена информацией между системами, а магноны — это квазичастицы, которые способны стать своеобразным интерфейсом между кубитами и внешними линиями связи. Российским физикам удалось создать на кремнии многослойную тонкоплёночную структуру, в которой фотоны «замедлялись» до такой степени, что могли создавать сверхсильное взаимодействие с магнонами.

Монтирование сверхпроводящего чипа на плату. Источник изображения: Андрей Змеев, пресс-служба МФТИ

Монтирование сверхпроводящего чипа на плату. Источник изображения: Андрей Змеев, пресс-служба МФТИ

«Основным сдерживающим фактором для развития подобных систем является принципиально слабая связь между фотонами и магнонами. Фотоны — это квантовые электромагнитные колебания, стоячая электромагнитная волна, запертая в резонаторе. Магноны — коллективные спиновые возбуждения, или магнитные колебания. Они разного размера, и у них разные законы дисперсии. Здесь можно привести для аналогии всем известных слона и моську — разница в размерах в сотню раз делает взаимодействие очень сложным», — поясняют в МФТИ.

Игорь Головчанский с с исследуемым чипом в руках. Источник изображения: Андрей Змеев, пресс-служба МФТИ

Игорь Головчанский с с исследуемым чипом в руках. Источник изображения: Андрей Змеев, пресс-служба МФТИ

Для реализации сильного взаимодействия фотонов с магнонами учёные создали две тонкоплёночные структуры. Одна из них в сотню раз снижала фазовую скорость фотонов — это слои сверхпроводник/диэлектрик/сверхпроводник, а другая — слои сверхпроводник/ферромагнетик/сверхпроводник — увеличивала коллективные собственные частоты спина (магнона). Подобная структура кратно увеличила взаимодействие фотонов и магнонов, что открывает путь к новым решениям в области сверхпроводящей спинтроники и магнонике и, в общем случае, приведёт к созданию гибридных квантовых систем. О работе рассказано в престижном журнале Science Advances. Статья свободно доступна по ссылке.

IBM представила самый производительный квантовый компьютер в Европе

Американская компания IBM представила свой первый квантовый компьютер IBM Q System One за пределами США. Новые мощности построены на базе исследовательского центра Общества Фраунгофера в Германии — в 20 км от Штутгарта.

wraltechwire.com

wraltechwire.com

Согласно совместному заявлению организаций-партнёров, модель с вычислительной мощностью 27 кубит на сегодня является самой мощной квантовой системой из созданных где-либо в Европе. Кубит (квантовый бит) представляет собой базовую единицу квантовых вычислений — своеобразную версию классического бинарного бита.

Исследовательская платформа будет доступна коммерческим компаниям и исследовательским организациям для разработки и тестирования прикладных квантовых алгоритмов и создания уникальных технологий на их основе.

Управлением эксплуатацией квантового компьютера будет заниматься общество Фраунгофера. Все данные о проектах и пользователях сохранятся в Германии, в соответствии с местным законодательством.

«Использование квантовых вычислений как ключевой технологии для сохранения конкурентоспособности и сохранения технологического суверенитета вызывают огромный интерес как у представителей промышленности, так и среди исследователей», — заявил президент общества Раймунд Нойгебауэр (Reimund Neugebauer).

Квантовые компьютеры смогут взламывать криптовалютные кошельки — защита уже разрабатывается

Хотя квантовые вычисления всё ещё находятся в самом начале своего жизненного цикла, правительства и некоторые частные компании, такие как Microsoft и Google, работают над их развитием и повсеместным внедрением. И уже сейчас появляются прогнозы, что в течение десятилетия квантовые компьютеры могут стать достаточно мощными, чтобы взламывать криптографическую защиту смартфонов, банковских систем и даже криптовалютных кошельков.

CNBC

CNBC

Фред Тиль (Fred Thiel), генеральный директор компании Marathon Digital Holdings, специализирующейся на майнинге криптовалют, уверен, что при достаточных инвестициях в этом направлении уже через восемь лет квантовые компьютеры смогут взламывать кошельки на блокчейне. Именно поэтому криптографы всего мира работают над новыми протоколами шифрования, устойчивыми к квантовым компьютерам.

Сейчас большая часть мира использует так называемую асимметричную криптографию, в которой применяется сочетание закрытого и открытого ключей для доступа, например, к электронной почте или тому же криптовалютному кошельку. Такой способ защиты уязвим для взлома с помощью квантового компьютера. Пара открытого и закрытого ключей позволяет пользователю создать цифровую подпись, используя свой закрытый ключ, которая может быть проверена любым, у кого есть соответствующий открытый ключ. Теоретически, используя квантовые вычисления, можно реконструировать закрытый ключ, подделать цифровую подпись и в контексте криптовалюты распоряжаться биткоинами со взломанного кошелька как своими собственными. Эксперты опасаются, что именно цифровые подписи, которые защищают криптовалютные кошельки, будут взломаны первыми, когда до этого дойдёт дело.

CNBC

CNBC

Однако эксперты по безопасности не сидят сложа руки. Специалисты уже активно работают над созданием квантово устойчивой криптографии. Они утверждают, что квантовые компьютеры не начнут взламывать актуальные типы шифрования в одночасье. Этот момент будет приближаться постепенно, и параллельно с развитием квантовых вычислений будет совершенствоваться и криптография.

Национальный институт науки и технологий США уже работает над стандартом шифрования будущего. В данный момент учреждение проводит отбор лучших кандидатов для работы над проектом. Сообщается, что первые стандарты защиты, неуязвимые перед квантовыми компьютерами, появятся ещё в 2024 году, то есть задолго до того, как взлом криптовалютных кошельков станет возможен. Сообщается, что как только новый тип шифрования будет разработан, пользователи сразу же смогут взять его на вооружение.

Honeywell и Cambridge Quantum объединятся для создания самого мощного квантового компьютера и передовой квантовой ОС

Компания Honeywell объединилась с компанией Cambridge Quantum Computing (CQC) для создания крупнейшего в мире специализированного предприятия по разработке и выпуску квантовых вычислительных систем и сопутствующего программного обеспечения. Новая компания собирается в течение следующих 30 лет стать лидером квантовых вычислений, рынок которых оценивается в $1 трлн.

Рабочая камера квантового компьютера компании Honeywell (на ловушках ионов). Источник изображения:

Рабочая камера квантового компьютера компании Honeywell (на ловушках ионов). Источник изображения: Honeywell

«Новый бизнес будет предлагать самый производительный квантовый компьютер в мире и комплексное квантовое программное обеспечение, включая первую и самую передовую квантовую операционную систему», — сказано в пресс-релизе Honeywell. Если все регулирующие органы дадут добро на слияние, объединение произойдёт в третьем квартале этого года. Контрольный пакет акций в объёме 54 % будет принадлежать Honeywell, а остальной пакет распределится среди инвесторов, среди которых есть также компания IBM.

Программный бизнес будущей компании останется независимым от оборудования, и по-прежнему будет полностью совместим со всеми глобальными поставщиками квантового оборудования, что позволит максимизировать выгоды для клиентов. Собственная разработка Honeywell — это квантовый компьютер на ионных ловушках. По словам компании, сейчас она располагает самым производительным в мире квантовым компьютером мощностью 512 квантовых объёмов по метрике IBM (это 9 полностью связанных кубитов).

В недолгой истории компании CQC, а она была основана в 2014 году, Honeywell неоднократно в неё инвестировала и дополнительно вложит до $300 млн в совместное предприятие. Компания CQC является пионером в секторе квантового программного обеспечения и лидером в коммерциализации квантовых технологий, поэтому она внесёт значительный вклад в общее с Honeywell дело по разработке комплексных и полностью готовых к эксплуатации квантовых систем.

Председатель и главный исполнительный директор Honeywell Дариус Адамчик (Darius Adamczyk) станет председателем новой компании, имя которой пока не выбрано. А возглавит новую компанию Ильяс Хан (Ilyas Khan), генеральный директор и основатель CQC. Тони Аттли (Tony Uttle), в настоящее время президент HQS, станет президентом новой компании.

«С тех пор, как в 2018 году мы впервые объявили о квантовом бизнесе Honeywell, мы получили отклик от многих инвесторов, которые стремились напрямую инвестировать в наши ведущие технологии, находящиеся на передовой этой захватывающей и динамичной отрасли, — теперь они смогут это сделать, — сказал Адамчик. — Новая компания предоставит нам наилучшие возможности для привлечения новых, разнообразных источников капитала в масштабах, которые будут способствовать быстрому росту».

В Нидерландах создан первый в мире демонстратор квантового интернета

В лабораториях давно испытывают совместную работу отдельных квантовых «процессоров» — сверхпроводящих и других кубитов — но для настоящей сети из квантовых систем необходимо также создать промежуточные узлы для обеспечения согласованной распределённой работы. Это станет основой квантового интернета, первый решительный шаг в направлении которого на днях сделали учёные из Нидерландов.

Трёхузловая квантовая сеть Интернет в представлении художника. Источник изображения: Matteo Pompili for QuTech

Трёхузловая квантовая сеть Интернет в представлении художника. Источник изображения: Matteo Pompili for QuTech

Исследователи в пределах лаборатории создали три квантовых узла — условно говоря, два однопроцессорных квантовых компьютера и один квантовый маршрутизатор. Маршрутизатор содержал второй кубит, играющий роль квантовой памяти. Квантовая запутанность устанавливалась последовательно между кубитом первого компьютера и кубитом маршрутизатора, после чего она запоминалась в кубите-памяти маршрутизатора, затем кубит маршрутизатора запутывался с кубитом второго компьютера и, наконец, совершалась запутанность между кубитами обоих компьютеров. Анимация ниже даёт примерное представление о работе квантовых узлов.

Важной особенностью эксперимента стало то, что после установления прямой запутанности между двумя квантовыми «компьютерами» сеть смогла сгенерировать «флаг» состояния. Это означает, что появилась основа для создания протоколов и масштабирования квантового интернета. «После создания [запутанности] мы смогли сохранить возникающие запутанные состояния, защищая их от шума, — сказала один из исследователей Софи Херманс (Sophie Hermans). — Это означает, что в принципе мы можем использовать эти состояния для квантового распределения ключей, квантовых вычислений или любого другого последующего квантового протокола».

Отчёт о работе учёные опубликовали в издании Science. Исследование проведено в центре QuTech, созданном Делфтским технологическим университетом (TU Delft) и Нидерландской организацией прикладных научных исследований (TNO). Также напомним, что с QuTech активно работает компания Intel, хотя в данном эксперименте, скорее всего, оборудование Intel не использовалось (компания не занимается кубитами на фотонных ловушках, а в опыте были использованы оптические кубиты).

Авторы исследования. Источник изображения: Marieke de Lorijn for QuTech

Авторы исследования. Источник изображения: Marieke de Lorijn for QuTech

В лаборатории исследователи сосредоточатся на добавлении большего количества квантовых битов в свою трёхузловую сеть, а также на добавлении программных и аппаратных уровней более высокого уровня. «После того, как будут разработаны все высокоуровневые уровни управления и интерфейса для работы сети, любой сможет писать и запускать сетевое приложение без необходимости понимать, как работают лазеры и криостаты. Это конечная цель», — сказал другой автор исследования Маттео Помпили (Matteo Pompili).

Добавим, первую распределённую городскую квантовую сеть Интернет в Амстердаме построят в следующем году. Проект стартовал чуть больше года назад, но это уже другая история.

Google пообещала представить универсальный квантовый компьютер к 2029 году

Компания Google завершила расширение исследовательского центра Quantum AI в округе Санта-Барбара, штат Калифорния. Расширенный центр позволит увеличить штат сотрудников и умножить объём исследовательских работ. Это и предыдущие разработки Google в области квантовых вычислений позволят компании представить коммерческий универсальный квантовый компьютер к 2029 году.

Украшенный витражом центральный вход в новый «квантовый» центр Google. Источник изображения:  Alphabet

Украшенный витражом центральный вход в новый «квантовый» центр Google. Источник изображения: Alphabet

О планах Google по созданию коммерческих вычислительных квантовых систем вчера сообщил генеральный директор Google Сундар Пичаи (Sundar Pichai). Это же подтвердил один из ведущих исследователей компании в этой области — доктор Хартмут Невен (Hartmut Neven). По его словам, на пути к универсальным квантовым системам Google находится в ключевой точке.

Главная проблема для универсальной (программируемой) квантовой вычислительной системы — это очень и очень большой уровень ошибок, который либо делает невозможным вычисления, либо прекращает их до завершения. В компании смогли найти пути для снижения количества ошибок и, самое ценное, что это сделано на стороне программного обеспечения. Это означает, что чрезмерно избыточного количества кубитов (квантовых битов) для коррекции ошибок больше не понадобится, и большинство кубитов будут участвовать в расчётах, а не в исправлении ошибок.

По оценкам специалистов Google, к 2029 году компания создаст коммерчески доступный квантовый компьютер с миллионом кубитов, тогда как сегодня даже система из ста кубитов — это предел мечтаний для всех лидеров в области квантовых вычислений. Такие системы позволят в режиме реального времени разрабатывать сложнейшую сельскохозяйственную химию, фармацевтику, решать задачи машинного обучения и делать многое другое.

Квантовая система Google Sycamore. Источник изображения: Google

Квантовая система Google Sycamore. Источник изображения: Google

В то же время необходимо отметить, что Google отстаёт от компаний IBM и D-Wave Systems в области предоставления доступа к облачным сервисам для симуляции квантовых вычислителей. Компания попыталась даже закрепить за собой достижение так называемого квантового превосходства, но даже китайские учёные отметили, что никакого «превосходства» в актуальных разработках Google пока нет. Однако это не отменяет того факта, что в ближайшие пять лет в области квантовых вычислений должны быть совершены определённые прорывы, и Google вполне может оказаться той компанией, которая окажется способной на нечто новое и необыкновенное.

Российский квантовый симулятор за два часа решил задачу, на которую обычная система потратила неделю

Группа российских учёных показала эффективное решение физической задачи на квантовом симуляторе. Симулятор всего из пяти кубитов многократно ускорил получение результата, на обработку математической модели которого 138-ядерный вычислительный кластер потратил около семи суток. Симулятор не может стать универсальным квантовым компьютером, но доказывает свою эффективность для решения специфических задач в физике и не только.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Работа группы исследователей из НИТУ «МИСиС», МФТИ, РКЦ, МГТУ им. Н. Э. Баумана и ВНИИА им. Духова опубликована в издании Physical Review Letters. В процессе проведения эксперимента физики показали, что линейные массивы сверхпроводящих кубитов-трансмонов могут быть использованы для изучения перехода «сверхпроводник — изолятор» в модели Бозе-Хаббарда. Для этого к линейному волноводу последовательно подсоединили пять сверхпроводящих кубитов со значительно пониженной чувствительностью к зарядовому шуму.

В представленной системе работу кубитов можно настроить таким образом, что они будут имитировать поведение фотонов или других бозонов согласно модели Бозе-Хаббарда. Фактически методом простого наблюдения (прямой спектроскопии) можно определить и просчитать поведение большого числа частиц за относительно короткое время.

Полученные в ходе опыта данные позднее были полностью подтверждены расчётами на мощном компьютерном кластере. Но если симулятору понадобилось всего два часа для получения результата, то кластер выдал данные лишь после почти семи дней непрерывных расчётов. А если создать квантовый симулятор из большего числа кубитов, то обычный суперкомпьютер может вообще не справиться с решением задачи в разумные сроки.

Оптическая фотография устройства (вверху, в ложном цвете) и схема эквивалентной  физической модели с бозонами, пойманными в периодический потенциал (внизу). Источник изображения: Physical Review Letters

Оптическая фотография устройства (вверху, в ложном цвете) и схема эквивалентной физической модели с бозонами, пойманными в периодический потенциал (внизу). Источник изображения: Physical Review Letters

Представленная и испытанная российскими учёными система квантового симулятора выдаёт решения задачи, которая может помочь в разработке новых сверхпроводящих материалов и, в частности, обещает продвинуться с поиском материалов для квантовых вычислительных систем. По сути, квантовый симулятор может стать первым шагом по направлению к универсальным квантовым вычислителям, хотя для решения многих насущных задач материаловедения он и так хорош сам по себе.

Компоненты для сверхмощного квантового компьютера с 1 млн кубитов будет производить Globalfoundries

Компания PsiQuantum объявила о сотрудничестве с компанией Globalfoundries, занимающейся контрактным производством полупроводниковой продукции. Предметом сотрудничества является производство компонентов для первого в мире прикладного фотонного квантового компьютера на основе 1 млн кубитов. Система получила название Q1.

Источник изображения: PsiQuantum.com

Источник изображения: PsiQuantum.com

В пресс-релизах обеих компаний указывается, что на литейных фабриках Globalfoundries будут производиться критически важные оптоэлектронные компоненты будущего квантового компьютера. В частности, говорится, что обе компании совместными усилиями нашли способ массового масштабируемого производства источников одиночных фотонов и детекторов одиночных фотонов на основе 300-мм пластин, разработанных компанией PsiQuantum.

По словам PsiQuantum, для создания интегрированных фотонных микросхем используются производственные линии Globalfoundries в США и Германии. На одной из двух фабрик Globalfoundries, расположенных в северной части штата Нью-Йорк, будут производиться тысячи фотонных чипов для квантового компьютера, а на заводе Fab 1 в немецком Дрездене будет налажено производство современных электронных управляющих микросхем.

Компания PsiQuantum была основана 2016 году четырьмя британскими учёными-физиками, которые переехали в Калифорнию и смогли привлечь на финансирование своих разработок 215 млн долларов. Одним из инвесторов проекта является компания Microsoft

Японские компании и госорганизации объединятся для разработки квантовых технологий

Власти Японии понимают, что даже лидирующие корпорации не смогут самостоятельно потянуть разработку квантовых технологий во всём их многообразии. При этом Япония отстаёт на данном направлении от США и Китая, хотя в стране есть компании с опытом работы в сфере квантовых наук. Японским компаниям придётся работать вместе, для чего в стране создадут государственно-коммерческое объединение из множества компаний с опорой на разработки Toshiba и NEC.

Квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах. Источник изображения: Takaki Kashiwabara

Квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах в институте Riken. Источник изображения: Takaki Kashiwabara

Ожидается, что новое объединение будет создано до конца текущего месяца. В него войдут свыше 50 компаний и государственных организаций. Это позволит объединить в масштабах одной структуры множество патентов, разработок и изобретений в сфере квантовых технологий, что даёт надежду на быстрое продвижение вперёд по пути квантовых исследований.

Очевидно, что для создания столь масштабного объединения предстоит колоссальная организационная работа. На это намекает такой простой факт, что статус юридического лица объединению рассчитывают присвоить только в следующем году, а ведь без этого сложно представить инвестиции в проекты, бюджетное финансирование и многое другое, без чего невозможна нормальная работа консорциума компаний.

Также следует учитывать, что вместе над квантовыми технологиями в Японии будут работать такие естественные конкуренты, как Toshiba, NEC, Fujitsu, Nippon Telegraph & Telephone, Hitachi и другие. Для успеха мероприятия придётся делиться секретами, которые оберегались на протяжении десятилетий.

«Одной компании сложно самостоятельно выполнять комплексную работу в этой области, — сказал Синтаро Сато (Shintaro Sato), руководитель отдела разработки квантовых вычислений Fujitsu. — Мы хотим широкого партнерства в промышленности, правительстве и академических кругах, не ограничивая их конкретными аспектами». Бизнес очень надеется на инициативу властей в этом вопросе. Других объединяющих мотивов у него нет, а Китай своими достижениями очень и очень пугает.

МГУ запустил первую российскую платформу для разработки квантовых алгоритмов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ) сообщает о запуске облачной программной платформы для разработчиков квантовых и гибридных квантово-классических алгоритмов. До сих пор подобные системы действовали только в рамках зарубежных проектов, таких как IBM Quantum Experience, Microsoft Azure Quantum, D-Wave и др.

Изображения Центра квантовых технологий МГУ

Изображения Центра квантовых технологий МГУ

Платформа разработана Центром квантовых технологий физического факультета МГУ. Она позволяет запускать и тестировать различные программные алгоритмы, предназначенные для работы с квантовыми вычислителями. При этом практически отсутствуют какие-либо ограничения в плане написания программ.

Для работы с платформой необходимо зарегистрироваться на сайте rcp.qotlabs.org. После прохождения данной процедуры пользователю станут доступны вычислительные ресурсы и API для связи с квантовым вычислительным устройством или его классическим симулятором.

«Разработка и тестирование алгоритмов квантовых вычислений необходимы для того, чтобы в дальнейшем, с развитием квантовых компьютеров, можно было решать всё более сложные задачи как научного, так и прикладного характера», — говорят специалисты.

В качестве физической основы платформы используются две системы, разрабатываемые в Центре квантовых технологий физического факультета МГУ: это квантовый процессор на нейтральных атомах в оптических ловушках и линейно-оптический квантовый вычислитель. Для написания алгоритмов может применяться язык квантовых инструкций, синтаксис которого совпадает с языком Quil (Rigetti Computing). Традиционные алгоритмы могут создаваться на базе Python. 

Квантовые технологии помогут создать всепланетный оптический телескоп

Несколько оптических телескопов могут создать единый снимок участка неба только тогда, когда они расположены на удалении до сотни метров. Объединить все телескопы мира во всепланетный оптический телескоп и заглянуть на край Вселенной нельзя, этому помешает не только пространство, но и время. Но решение есть, уверены австралийские астрономы, а помогут в этом квантовые технологии.

Very Large Telescope (Очень большой телескоп) — комплекс из четырёх оптических телескопов, работающх как один большой

Very Large Telescope (Очень большой телескоп) — комплекс из четырёх оптических телескопов, работающих как один большой

В 2019 году мир потрясла новость о том, что получено первое реальное изображение чёрной дыры. Изображение сделано распределённой по Земле системой антенных решёток (радиотелескопов), участвующих в проекте «Телескопа горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT). Множество радиотелескопов были синхронизированы для получения радиоснимка объекта, удалённого от нас на 55 млн световых лет. Но что легко для радиоволн, для оптического диапазона не подходит.

Группа австралийских астрономов из Сиднейского университета считает, что создать всепланетный оптический телескоп поможет так называемый квантовый жёсткий диск (QHD). Это система хранения данных об одиночных фотонах, которая записывает время, амплитуду и фазу каждой такой частицы. На каждом из земных оптических телескопов необходимо будет сделать снимок заданного участка неба и разложить его на одиночные фотоны и только после получения всех снимков собрать результирующее изображение из всей совокупности фотонов.

Полученное в 2019 году планетарным радиотелескопом изображение чёрной дыры

Полученное в 2019 году планетарным радиотелескопом изображение чёрной дыры

Неважно когда, где и как будут сделаны снимки оптическим телескопом. Если их разложить на одиночные фотоны с исчерпывающей информацией по каждому — это сделает оптическую всепланетную интерферометрию реальной. Земля превратится в один огромный глаз в далёкий космос. Одна беда — квантовые жёсткие диски пока находятся на стадии лабораторных проектов и могут хранить квантовую информацию в ограниченном объёме и сравнительно недолго — часы. Для всепланетного телескопа это пока не подходит, но в перспективе всё получится, уверены астрономы.

Российские учёные обнаружили, как фотоны могут помочь в создании многопроцессорных квантовых компьютеров

Российские учёные из НИТУ «МИСиС» в составе международной группы исследователей доказали возможность эффективного взаимодействия между микроволновыми фотонами. Эти частицы не могут взаимодействовать напрямую, поэтому физики нашли обходной путь — заставили фотоны влиять друг на друга с помощью массива сверхпроводящих кубитов. Это открытие приближает создание коммерческих квантовых компьютеров.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

По словам учёных, сверхпроводящие кубиты являются идеальным решением для взаимодействия с фотонами. «Использование сверхпроводящих кубитов, которые, по сути, являются рукотворными атомами, объясняется тем, что для данного типа объектов характерно очень сильное взаимодействие со светом. Обычные атомы намного меньше, чем длина волны. Взаимодействие обычного света с естественным атомом довольно слабое», — поясняет один из авторов исследования, заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» и руководитель группы в Российском квантовом центре, профессор, доктор физ.-мат. наук Алексей Устинов.

Серия экспериментов на специально созданной установке показала, что в процессе взаимодействия с массивом сверхпроводящих кубитов в спектре фотонов возникает интервал частот, в котором волновод становится непрозрачным (происходит отражение фотонов). Иначе говоря, учёные могли заставить фотон двигаться либо по одному пути (волноводу), либо по другому. То есть, появляется возможность управлять поведением фотонов — кодировать его и с помощью этого механизма передавать с фотоном информацию.

Сделанное открытие особенно важно, поскольку массивы сверхпроводящих кубитов заключены в ограниченный по объёму криостат с температурой близкой к абсолютному нулю. Передача квантовой информации с помощью фотонов между несколькими такими криостатами подобна работе многопроцессорных конфигураций. Это позволяет надеяться на хорошее масштабирование квантовых вычислителей и на работу в кластерах.

Чуть больше о сделанном открытии можно прочесть на сайте НИТУ «МИСиС». Также работа по теме опубликована в издании npj Quantum Materials и свободна для прочтения.

Российские физики создали прототип пятикубитного процессора. Это приблизит создание квантового компьютера в России

По сообщению лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, в России впервые создана квантовая интегральная схема на основе пяти сверхпроводниковых кубитов. Это важный шаг на пути создания полномасштабных универсальных квантовых процессоров и симуляторов. Формально разработку можно назвать прототипом квантовых процессоров, которых в мире пока совсем немного.

Образец интегральной схемы на основе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Источник изображения: МФТИ

Образец интегральной схемы на основе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Источник изображения: МФТИ

Впервые о разработке в России сверхпроводящего кубита специалисты МФТИ сообщили в 2015 году. Год спустя физики начали эксперименты с двухкубитовым чипом. Сегодня учёные готовы к экспериментам с квантовыми вычислителями и симуляторами на основе пятикубитовых чипов, что существенно повысит ценность исследований.

Как считают российские физики, в ближайшие годы от квантовых систем больше всего практической пользы можно будет получить в области машинного обучения и работы с нейросетями. На квантовых системах нейросети могут работать с меньшим числом параметров, что существенно ускорит обработку данных. Также значительный эффект от использования квантовых платформ можно получить в симуляторах процессов, которые невозможно рассчитать на обычных компьютерах в разумное время.

«Интегральная схема разработана в лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ и изготовлена на технологической базе Центра коллективного пользования московского Физтеха, — сообщается на сайте института. — Первые измерения показали, что все элементы схемы работают с ожидаемыми параметрами. В настоящий момент МФТИ обладает уникальной возможностью самостоятельно разрабатывать, изготавливать и тестировать квантовые устройства».

Часть двухкубитовой квантовой системы. Источник изображения: МФТИ

Часть двухкубитовой квантовой системы образца 2016 года. Источник изображения: МФТИ

Успех разработке обеспечил ряд ключевых факторов. Главным фактором стал опыт сотрудников и развёрнутое производственное и научное оборудование. В ходе многолетних исследований учёные смогли «существенно улучшить контроль геометрических и электрических параметров туннельных контактов». Также физики отладили технологию изготовления микроволновых резонаторов, которые располагаются на чипе вблизи кубитов и служат для считывания их квантового состояния. Другой важной вехой в разработке стала отладка процесса изготовления навесных мостиков (эйр-бриджей), которые позволяют подавить паразитные резонансные моды и тем самым повысить добротность структур.

По словам сотрудников, возможности центра и лаборатории достаточны для выполнения всех этапов, необходимых для создания элементов квантовых процессоров от технологических чертежей до интегральной квантовой схемы на чипе и ее измерений. Но для создания полноценного квантового компьютера требуется дооснащение лаборатории и модернизация «чистой комнаты». И эта оговорка неспроста. Объёмы финансирования разработки российского квантового компьютера могут сократить со всеми вытекающими последствиями.

Fujitsu погрузится в разработку сверхпроводящих квантовых компьютеров

Ведущий японский институт Riken и компания Fujitsu сообщили, что они объединяют усилия по разработке квантовых вычислителей на основе сверхпроводящих кубитов и соответствующих алгоритмов. Для этого партнёры создают профильный центр, который будет работать с 1 апреля 2021 года по 31 марта 2025 года. Главной целью сотрудничества должна стать разработка 1000-кубитовой системы.

Пример элемента квантового компьютера на сверхпрводящих кубитах

Пример элемента квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах

Важно отметить, что до октября 2020 года, когда Fujitsu впервые сообщила о планах разрабатывать квантовые вычислители на сверхпроводящих кубитах, она придерживалась иной стратегии в области квантовых вычислений. Много лет подряд компания продвигала реализацию так называемого квантового отжига (Digital Annealer) — аппаратно-программную методику нахождение оптимальных показателей из огромных массивов данных. Первое поколение процессоров и систем Digital Annealer она выпустила в 2018 году, а второе — в 2019 году. И это были не опытные решения, а вполне конкретный инструмент для решения бизнес-задач по оптимизации процессов.

С недавнего времени Fujitsu решила либо сменить направление в разработке квантовых вычислителей, либо дополнить существующие разработки. В любом случае, компания имеет достаточно опыта в практической реализации околоквантовых алгоритмов и чётко знает, что интересует клиентов на этом направлении. Институт Riken, в свою очередь, предоставит Fujitsu наработки в области сверхпроводящих квантовых систем. Вместе они рассчитывают создать квантовые компьютеры и алгоритмы, которые оказались бы полезными для бизнеса не когда-нибудь, а в обозримом будущем.

Учёные из США предложили новый источник одиночных фотонов для квантовой криптографии, кубитов и не только

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории создали новый класс квантовых точек с потенциально большими возможностями для медицинской визуализации, квантовой криптографии и квантовых вычислений. Уникальность разработки состоит в том, что спектрально чистые одиночные фотоны испускаются при комнатной температуре в широко настраиваемом диапазоне длин волн.

Источник изображения: Los Alamos National Laboratory

Источник изображения: Los Alamos National Laboratory

Для создания квантовых точек, испускающих одиночные фотоны, учёные использовали синтез в растворе коллоидных наночастиц. Полученные в ходе химических процессов квантовые точки представляют собой ядро из селенида кадмия в оболочке из сульфида кадмия. Для превращения таких структур в излучатели одиночных фотонов исследователи вставили между оболочкой и ядром прослойку из сульфида ртути. Оказалось, что простое наращивание толщины прослойки дискретно меняет длину волны излучения фотона.

«Этот новый синтез позволяет с высокой точностью контролировать на атомном уровне толщину излучающей прослойки сульфида ртути. Изменяя её с шагом в один атомный слой, мы можем настраивать длину волны излучаемого света дискретными квантовыми скачками и в дальнейшем плавно её настраивать, меняя размер ядра селенида кадмия», — сказал Владимир Саевич, ведущий химик проекта.

Новые структуры намного превосходят существующие квантовые точки ближнего инфракрасного диапазона. Они демонстрируют ровное излучение на уровне одной точки почти идеальной однофотонной чистоты при комнатной температуре. Такое стабильное поведение хорошо сохраняется как при оптическом, так и при электрическом возбуждении.

Практическим применением разработки может стать медицинская визуализация, которая позволит глубже и безопаснее заглянуть вглубь тканей человека, квантовая криптография, которая требует быстрых и качественных источников одиночных фотонов для распределения квантовых ключей, квантовые компьютеры, в которых фотоны играют роль кубитов, маркировка для защиты от подделок и ряд других приложений.

Но не стоит ожидать немедленных прорывов. Учёные поясняют, что ещё предстоит добиться неразличимости фотонов — убедиться, что одиночные фотоны, испускаемые разными квантовыми точками на подложке, идентичны по своим квантово-механическим свойствам. Этим исследователи займутся на следующем этапе работы.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Крупнейший производитель ASIC-майнеров для добычи биткоинов приостановил продажи 32 мин.
Apple оснастит iPhone подэкранным сканером отпечатков в 2022 году 2 ч.
Apple обновит iPhone SE в первой половине следующего года — он получит поддержку 5G и старый дизайн 2 ч.
NASA предположило, что у телескопа «Хаббл» мог сломаться центральный процессор — к счастью, на борту есть запасной 3 ч.
Lenovo представила беспроводную зарядку для ноутбуков 3 ч.
Криптовалютные ограничения Китая вынудят майнеров переехать в другие страны 4 ч.
Tesla запустила первую в Китае зарядную станцию на солнечных батареях 5 ч.
Евросоюз проверит, не подыгрывает ли Google своим сервисам в рекламе в ущерб остальным 6 ч.
ASRock представила компактный и мощный десктоп DeskMini Max 10L, который поддерживает Ryzen 9 5950X 6 ч.
Представлены веб-камеры Lenovo LC50 и ThinkVision MC50 с поддержкой Full HD и ценой 100 евро 6 ч.