Теги → квантовые вычисления
Быстрый переход

Квантовые вычисления помогут Ford в развитии передовых технологий

Компания Ford намерена задействовать средства квантовых вычислений для решения сложнейших задач в транспортной сфере и разработки передовых автомобильных технологий.

Сообщается, что в следующем году автогигант получит доступ к Лаборатории NASA по изучению квантового искусственного интеллекта (Quantum Artificial Intelligence Lab) в Исследовательском центре Эймса (Ames Research Center) в Кремниевой долине. Совместно с экспертами NASA специалисты Ford будут работать с компьютером, функционирующим по принципу квантовой релаксации (квантового отжига).

Квантовые компьютеры теоретически способны демонстрировать колоссальное быстродействие при выполнении определённых задач. Дело в том, что такие 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. А это обеспечивает огромный вычислительный потенциал.

В рамках нового проекта, который будет реализовываться при поддержке NASA, Ford разработает для грузовых дизельных машин комплексные карты маршрутов, которые помогут поддерживать нормальную работу сажевых фильтров. Состояние таких фильтров необходимо контролировать для обеспечения эффективной работы транспортного средства и соответствия экологическим нормам.

Чтобы забитый сажей фильтр самоочистился, необходимо определённое время поддерживать постоянную высокую скорость. Однако делать это в городских условиях проблематично.

«Особенности дорожного движения влияют на эффективность работы фильтров и, в конечном счёте, на сам двигатель. В рамках исследования Ford разработает оптимальный маршрут для одного грузового автомобиля, осуществляющего доставку со множеством остановок на пути. В дальнейшем аналогичный сценарий будет использован для расчёта маршрутов сразу для всех транспортных средств в автопарке», — говорит автогигант.

Ожидается, что в решении поставленной задачи, предусматривающей множество комплексных переменных, как раз и помогут квантовые вычисления. 

Imec и CEA-Leti будут вместе двигать Европу в мир ИИ и квантовых компьютеров

На днях во время визита Президента Франции Эммануэля Макрона (Emmanuel Macron) в Бельгию два ведущих научных учреждения из этих стран подписали стратегический меморандум о взаимопонимании. Бельгийский исследовательский центр Imec и французский исследовательский институт CEA-Leti договорились вместе разрабатывать технологии в области искусственного интеллекта и квантовых компьютеров.

Важно отметить, что Imec и CEA-Leti планируют разрабатывать технологии для так называемого периферийного искусственного интеллекта Edge Artificial Intelligence (eAI). Периферийный ИИ представляется решением в виде чипа или компактной самостоятельной платформы, способной на месте анализировать обстановку и принимать решения для выполнения локальной задачи. Эта часть ИИ должна работать без облака или являться ячейкой распределённой ИИ-сети. Развитие данной области искусственного интеллекта обещает поднять на новый уровень как индустриализацию, так и решить массу проблем социума.

Квантовые вычисления также представляются приоритетным видом научной деятельности двух крупнейших европейских центров исследований. Европа не желает плестись в хвосте разработок и через партнёрство Imec и CEA-Leti намерена дойти до стадии создания квантовых компьютеров. В этом также будет помогать немецкий центр Fraunhofer Group for Microelectronics Общества Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft), стратегическое соглашение о сотрудничестве с которым центр CEA-Leti заключил несколько ранее.

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec)

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec)

Интересным в данном союзе можно считать то, что оба центра — французский и бельгийский — обладают самыми передовыми в Европе средствами производства полупроводников. Европа давно забыла о модернизации заводов для выпуска чипов, тогда как CEA-Leti и Imec могут выпускать не только опытные чипы нанометрового уровня, но даже организовать при надобности мелкосерийный выпуск продукции. Иначе говоря, если бы не они, то практическая сторона квантовых и нейроморфных разработок в Старом Свете была бы заранее обречена на провал.

Бывший мобильный оператор из Поволжья намерен построить квантовую сеть

АО «Средневолжская межрегиональная ассоциация радиотелекоммуникационных систем» (СМАРТС) намерена построить в России защищённую сеть с использованием квантовых технологий. Этот проект запланирован в рамках программы «Цифровая экономика», на него могут выделить 506 млн рублей.

mediasat.info

mediasat.info

В реализации участвуют также университет ИТМО и МГУ. Ожидается, что с января 2019 года до конца 2021 года запустят систему тестовых лабораторий, в которых и будут испытывать систему. Также к этому времени ожидается разработка нормативной базы для такой сети. «Квантовую» сеть курируют Минкомсвязи и ФСБ.

«Мы предлагаем создать по всей стране опорную сеть, которую в перспективе можно масштабировать с минимальными затратами», — заявил Геннадий Кирюшин, председатель совета директоров СМАРТС. Отмечается, что компании принадлежит 51 % акций ООО «Кванттелеком», где планируют производить устройства квантовой рассылки криптографических ключей. Они будут установлены в центрах обработки данных в Самаре, Тольятти и технопарке «Жигулевская долина». В СМАРТС утверждают, что проект «станет фундаментом для создания сверхмощных защищённых скоростных сетей связи». Отметим, что ранее СМАРТС занималась мобильной связью и работала в Поволжье с 1996 года. Затем мобильные активы были проданы  «МегаФону», МТС, Tele2, «Вымпелкому» и «Таттелекому».

Подобный проект готовят и в «Ростелекоме», хотя пока там не говорят о конкретных сроках, технических аспектах и так далее. Предполагается, что квантовые коммуникации будут использоваться на критически важных элементах информационных систем. Данные с квантовым шифрованием будут пересылаться только между собственными дата-центрами.

При этом пока квантовая криптография дорога. Ожидается, что она станет общедоступной при появлении массовых квантовых компьютеров. Руководитель сети дата-центров компании «Крок» Павел Колмычек считает, что такая система будет состоять из двух частей. Первая — это среда передачи криптоключей. Она будет медленной и защищённой от взлома. Вторая — среда передачи данных, которая будет быстрой, но шифрованной с помощью ключей из первой части.

Также эксперты полагают, что классические методы криптографии уйдут в прошлое с появлением квантовых компьютеров.

Европейская Комиссия выдала 3 млн евро на создание «многофункционального» кубита

Технологический институт Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT) сообщил, что Европейская Комиссия выдала грант в объёме 3 млн евро сроком на три года с целью поиска перспективного материала для «многофункционального» кубита. Кубиты, как известно, это базовые элементы квантовых компьютеров с совершенно другим принципом работы. Каждый кубит представляет собой базовую вычислительную единицу, находящуюся одновременно во множестве состояний от 0 до 1 (в состоянии суперпозиции). Подобная множественность сулит точно такой же множественный скачок по производительности вычислений, но далеко не для всех задач, что тоже надо понимать.

Лазерный луч считывает состояние кубитов (Фото: Thomas Hümmer)

Лазерный луч считывает состояние кубитов (Фото: Thomas Hümmer)

Исследования в институте KIT будут проводиться по программе SQUARE (Scalable Rare Earth Ion Quantum Computing Nodes). В вольном переводе название программы звучит как масштабируемый узел квантового вычислителя на редкоземельных ионах. В качестве кубита программа предполагает использование ионов определённого редкоземельного металла, который ещё предстоит определить и исследовать. Ионы редкоземельных металлов — электрически заряженные атомы — могут сохранять квантовое состояние достаточно продолжительное время. Кроме этого они обладают другими необходимыми для создания квантовых вычислительных узлов качествами — это способность храниться в кристаллической твердотельной структуре и обеспечивают сильное взаимодействие (связанность) друг с другом.

Наконец, ионы редкоземельных материалов могут активироваться независимо друг от друга с помощью оптических систем, например, лазером и передавать данные о своём состоянии оптическим путём. Это открывает путь как к квантовой коммуникации, так и к построению масштабируемых квантовых вычислительных систем.

Квантовая последовательность, управляемая лазером в представлении художника

Квантовая последовательность, управляемая лазером, в представлении художника

Следует сказать, что в последнее десятилетие ионы металлов в качестве кубитов стали рассматриваться как перспективные решения многими исследовательскими центрами как за рубежом, так и в России. На базе ионных кубитов строятся квантовые модели и прототипы квантовых вычислителей. Подобные системы оказываются энергоэффективнее классических криогенных систем, хотя тоже требуют специальных условий для работы и охлаждения до сверхнизких температур.

Китай призывает не переоценивать технологические достижения страны

В середине сентября обеими партиями в Верхней палате Конгресса США был поддержан закон о развитии квантовых технологий в США или National Quantum Initiative Act. Законом предусмотрен бюджет на развитие «квантовых инициатив» в размере $1,3 млрд на следующие пять лет до 2023 года, но в целом принятая федеральная программа охватывает 10-летний период развития. В законе есть несколько строк, объясняющих необходимость в подобной дорогостоящей правительственной программе. В частности, заявлено, что «...Китай начал открыто декларировать национальной целью намерение обойти США в квантовых вычислениях в течение следующего десятилетия». Опасения ответственных лиц США понятны, но что думают по этому поводу профильные министры в Китае?

По этому поводу обратимся к заметке на сайте EXPreview, который привёл высказывания из свежего интервью министра промышленности и информационных технологий Мяо Вэйя (Miao Wei). Влиятельный китайский политик сообщил, что утверждение о возможности его страны обойти США за 10 лет в области высоких технологий не соответствует действительности. Технологическое могущество Китая сильно переоценено. Министр напомнил, что ещё в 2015 году в докладе Народному политическому консультативному совету Китая НПКСК (CPPCC) он сообщил, что по развитию промышленности КНР отстаёт от США на 30 лет. За три года изменилось много, но радикальных изменений за это время точно не произошло.

Безусловно, правительство Китая разработало и проводит стратегию превращения страны из мировой производственной площадки в центр мировых разработок. Но страна лишь в начале долгого пути. За 10 лет такой отрезок не пройти. Что касается США, то, по мнению министра, страны должны не закрываться друг от друга, а развиваться вместе и совместными усилиями. Можно оставаться конкурентами, но совместно двигаться вперёд одинаково быстро. Изоляция и обособление в попытках обойти соперника за закрытыми дверями — это пагубная и неэффективная практика.

Кстати, неделю назад на домашней конференции China IC Summit 2018, которую регулярно проводит компания Tsinghua Unigroup, её президент Жао Вейгуо (Zhao Weiguo) также был сдержан в оптимистических прогнозах технологического развития Китая. Глава Tsinghua считает, что через 10 лет в период с 2028 по 2030 годы Китай лишь войдёт в пятёрку лидеров мировых полупроводниковых супердержав. При этом он будет занимать четвёртое или третье место, но никак не первое. Как видим, сами китайцы адекватно оценивают свою позицию в мире высоких технологий.

Intel приступила к испытаниям мельчайшего чипа на спиновом кубите

Компания Intel сообщила, что на заводе D1D в Орегоне на тех же самых линиях, которые выпускают современных процессоры, начато производство экспериментальных чипов на спиновых кубитах (Spin Qubit). Это самая маленькая в мире кремниевая микросхема, содержащая элементарную квантовую вычислительную ячейку. Как можно убедиться по фотографии ниже, размеры чипа меньше, чем карандашная резинка.

Intel

Intel

Впрочем, саму ячейку на спиновом кубите без специальных инструментов разглядеть не получится. В ширину ячейка едва достигает 50 нм и видна лишь под электронным микроскопом. Всё, что вы видите на картинке — это проводники для связи ячейки с внешней обвязкой. Но даже в таком виде нельзя не признать, что кремниевая реализация квантовых процессоров — это желанная перспектива. Вместо огромных по современным меркам сверхпроводимых квантовых вычислителей или также немаленьких оптических квантовых систем полупроводниковый чип — это верх миниатюризации. На срезе человеческого волоса, например, может поместиться 1500 подобных ячеек.

Семейство чипов Intel Tangle Lake для сверхпроводимых квантовых систем

Семейство чипов Intel Tangle Lake для сверхпроводимых квантовых систем

В то же время не стоит испытывать иллюзий. Чип Intel также требует сверхмалых температур, хотя и не таких предельно низких, как квантовые системы на сверхпроводимых кубитах. Но это всё равно ниже 1 К. Ранее в Intel сообщали, что компания интересуется как сверхпроводящими кубитами, так и спиновыми кубитами на кремниевых подложках, а научные партнёры компании из института QuTech даже продемонстрировали возможность произвольного программирования квантовой вычислительной системы из двух спиновых кубитов. Выпуск одиночного спинового кубита, очевидно, поможет плавно наращивать производительность кремниевых квантовых вычислительных систем и лучше управлять процессами.

Опытный 17-кубитный квантовый процессор Intel

Опытный 17-кубитный квантовый процессор Intel

В заключение напомним, что роль кубита в квантовой вычислительной ячейке Intel играет одиночный электрон, спиновая природа которого позволяет рассматривать его как систему, которая может находиться одновременно в состоянии 0, 1 и состоянии суперпозиции (0 и 1 одновременно). Иначе говоря, скорость смены ориентации спина электрона настолько большая, что он условно всегда ориентирован во все возможные стороны. Удачных экспериментов!

Квантовые компьютеры помогут Volkswagen в создании передовых аккумуляторов

Концерн Volkswagen заложил фундамент для использования квантовых вычислений с целью создания передовых батарей для электрифицированных транспортных средств.

Квантовые компьютеры состоят из элементарных вычислительных элементов, квантовых битов — кубитов. Они могут находиться в суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей. Благодаря этому при решении определённых задач может достигаться колоссальное увеличение быстродействия по сравнению с обычными компьютерами.

Как сообщается, специалисты Volkswagen преуспели в использовании концепции квантовых вычислений для моделирования молекул определённого типа. Речь идёт об углеродных цепях, а также о соединениях лития и водорода.

Предполагается, что в перспективе специальные алгоритмы, работающие на базе квантовых платформ, позволят оптимизировать химическую структуру материалов для аккумуляторов нового поколения. В результате, станет возможным создание более компактных батарей с увеличенной ёмкостью.

Планируется, что к 2022 году Volkswagen по всему миру введёт в строй не менее 16 производственных площадок по выпуску электрифицированных автомобилей. К 2025-му марка планирует запустить в производство более 20 электрических автомобилей. 

Microsoft продвигает квантовые алгоритмы для диагностики рака

По мнению компании Microsoft, отсутствие квантовых компьютеров не мешает разрабатывать квантовые алгоритмы. Поэтому к моменту появления квантовых вычислителей Microsoft обещает оказаться во всеоружии. Так, уже сегодня компания может представить способ реализации квантовых вычислений с повышенным уровнем точности диагностирования онкологических заболеваний с помощью магнитно-резонансной томографии.

Microsoft

Microsoft

Совместно с  университетом Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve University, CWRU) специалисты Microsoft разработали и совершенствуют технологию, которая в комплексе задействует машинное обучение в облаке Microsoft Azure, гарнитуру смешанной реальности Microsoft HoloLens и новые алгоритмы. Метод получения данных о пациенте также претерпел изменения и представляет собой не серию МРТ-снимков, как обычно, а занесённые в электронную таблицу данные о прохождении импульсов через ткани обследуемого человека.

В каком-то смысле новый метод подразумевает работу с Большими Данными, хотя информация в данном случае всё-таки упорядоченная. Объём данных вырос более чем значительно. Тело пациента бомбардируется импульсами переменной мощности, и данные о прохождении каждого заносятся в таблицу. Обработать полученный массив информации в разумное время могут только квантовые компьютеры. Это не мешает совершенствовать алгоритмы и подбирать оптимальные значения мощности для импульсов установки МРТ и, возможно, позволит начать клиническую диагностику не дожидаясь появления квантовых компьютеров.

В то же время стоит напомнить, что Microsoft ведёт работы в направлении разработки архитектур квантовых компьютеров. Например, ранее в этом году с участием специалистов компании был поставлен эксперимент, подтверждающий существование фермиона Майораны. Считается, что фермион Майораны обладает двойственной природой — он одновременно является частицей и античастицей. Это идеальный кандидат на роль кубита, который одновременно должен быть 1 и 0. И если до сих пор все существующие аналоги кубитов не отличались стабильностью и разрушались при считывании, то фермион Майораны стабилен по определению. А появятся квантовые компьютеры, уверены в Microsoft, алгоритм диагностики рака можно будет перенести на них.

Intel подаёт надежду на появление кремниевых спиново-кубитных процессоров

Ещё в 2015 году компания Intel выделила на исследования в области разработки квантовых вычислителей $50 млн. К настоящему времени эти и другие инвестиции привели к созданию интересных, хотя и опытных продуктов. Как признались в Intel, компания движется в двух направлениях. Одно из них — это классические суперпроводимые квантовые вычислители, а второе — спиновые кубиты на кремниевой основе.

Семейство чипов Intel Tangle Lake для сверхпроводимых квантовых сиетм

Семейство чипов Intel Tangle Lake для сверхпроводимых квантовых систем

Ранее в прошлом году и на январской выставке CES 2018 компания рассказывала о начале опытных поставок семейства суперпроводимых чипов Tangle Lake для сверхпроводящих квантовых систем. Это большие по объёму занимаемого пространства системы с охлаждением до 20 мК. Своему партнёру по разработкам нидерландскому институту QuTech компания поставляет 17-кубитные и 49-кубитные процессоры. Тогда же в январе Intel намекнула на разработку квантовых процессоров на спиновых кубитах, хотя формальный анонс квантовых процессоров на спиновых кубитах состоялся только на днях.

Опытный 17-кубитный квантовый процессор Intel

Опытный 17-кубитный квантовый процессор Intel

Анонс совпал с публикацией на сайте Nature статьи группы учёных из института QuTech о создании первой квантовой вычислительной системы из двух спиновых кубитов с возможностью произвольного программирования. На конференции American Association for the Advancement of Science (AAAS), которая начала работу 15 февраля, представители QuTech продемонстрировали работу на системе двух простых квантовых алгоритмов. Это маленький шаг, который обещает привести к созданию программируемых систем с тысячами и миллионами кубитов.

Кремниевая 300-мм пластина с квантовыми процессорами на основе спиновых кубитов

Кремниевая 300-мм пластина с квантовыми процессорами на основе спиновых кубитов

Опытные квантовые процессоры на спиновых кубитах компания Intel выпускает на изотопно чистых кремниевых пластинах на тех же заводах, на которых она выпускает классические процессоры. В течение пары месяцев техпроцесс обещает оказаться настолько отлаженным, что компания рассчитывает выпускать «массу» пластин в неделю, на каждой из которых будут тысячи маленьких кубитовых массивов.

Кремниевые спиново-кубитные процессоры Intel также требуют пониженных рабочих температур. Но это будут температуры уже в районе 1 К, что в 50 раз выше, чем в случае сверхпроводимых кубитовых систем. Данное обстоятельство поможет сделать квантовые системы немного компактнее. В заключение добавим, что в теоретических разработках кремниевых процессоров на квантовых кубитах значительно продвинулась группа учёных из Университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW). Освежить воспоминания можно по этой ссылке. Это примерно то же самое, что делает Intel.

Создан «невозможный» метаматериал для вычислительных систем будущего

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» сообщает о том, что учёные смогли создать первый в мире квантовый метаматериал, который можно использовать в качестве элемента управления в сверхпроводящих электрических схемах.

В разработке невозможного в природе материала участвовали российские специалисты совместно с коллегами из Германии. В частности, вклад в проект внесли исследователи Университета Карлсруэ и Йенского института фотонных технологий.

Метаматериалы — вещества, свойства которых определяются не столько атомами, из которых они состоят, сколько тем, в какие структуры эти атомы собраны. Каждая такая структура имеет размеры в десятки или даже сотни нанометров и обладает собственным набором свойств, исчезающих при попытке разделить её на составляющие.

В рамках проекта был разработан квантовый метаматериал из усложнённых зеркальных кубитов. Обычный кубит состоит из схемы, в которую входят три джозефсоновских перехода. А в состав зеркального входят пять переходов, симметричных относительно центральной оси.

Выяснилось, что метаматериал, состоящий из зеркальных кубитов, может переключаться между двумя режимами. «В одном из режимов цепочка таких кубитов очень хорошо пропускает электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, при этом оставаясь квантовым элементом. В другом она поворачивает сверхпроводящую фазу на 180 градусов и запирает прохождение электромагнитных волн через себя. И тоже при этом остаётся квантовой системой», — говорят учёные.

Таким образом, новый материал можно использовать как управляющий элемент в системах передачи квантовых сигналов в цепях, из которых состоят квантовые компьютеры. Подробнее о работе можно узнать здесь

CES 2018: Intel продвинулась в квантовых и нейроморфных вычислениях

На проходящей в Лас-Вегасе выставке CES 2018 корпорация Intel объявила о важных достижениях в области квантовых и нейроморфных вычислений. Последние представляют собой перспективный тип компьютерной логики и могут принципиально улучшить возможности искусственного интеллекта, а, следовательно, и оказать огромное влияние на многие научные, исследовательские и индустриальные области.

Квантовые вычисления смогут быстро решать специфические задачи, для которых современным суперкомпьютерам требуются месяцы или годы, вроде создания лекарств, финансового моделирования и климатических прогнозов.

Во время основного доклада исполнительный директор Intel Брайан Кржанич (Brian Krzanich) сообщил о выпуске сверхпроводящего квантового чипа под кодовым именем «Tangle Lake», обладающего 49 кубитами, а также пообещал внедрение нейроморфных вычислений, имитирующих работу мозга и способных эффективно обрабатывать структурированные и неструктурированные данные, объём которых экспоненциально растёт. Название процессора происходит от группы озёр в Аляске и указывает на экстремально низкие температуры и переплетение, что необходимо для функционирования квантовых битов.

Старший вице-президент Майк Мейберри (Mike Mayberry) сообщил, что пройдёт ещё 5–7 лет, пока индустрия научится решать технические проблемы и окажется способной создавать чипы с миллионом или больше кубитов для достижения коммерческого успеха технологии. Tangle Lake является важным шагом на этом пути, позволяя исследователям оценивать и улучшать техники коррекции ошибок и моделировать вычислительные задачи.

Продолжая инвестиции в сверхпроводящие кубиты, Intel в стремлении нарастить количество взаимодействующих кубитов ведёт параллельную разработку другого типа — спиновых кубитов (spin qubits) в кремнии. Последние способны иметь принципиальное преимущество будучи гораздо меньше сверхпроводящих кубитов.

Спиновые кубиты схожи с одноэлектронным транзистором, который в свою очередь имеет много общего с традиционными транзисторами, и потенциально могут производиться на близких к современным техпроцессах. Intel уже разработала принципы применения технологии производства 300-мм кремниевых пластин для спиновых кубитов.

Вторым достижением стал созданный Intel Labs полностью функциональный опытный чип «Loihi» в рамках новой парадигмы нейроморфных вычислений, имитирующей базовые операции мозга. Технология Loihi объединяет обучение и логический вывод в одном чипе и обещает экспоненциальный рост производительности и энергоэффективности для искусственного интеллекта.

Как объясняет Intel, нейроморфные процессоры могут быть задействованы в задачах обработки и анализа данных настоящего постоянно изменяющегося окружения. В качестве примера названы камеры наблюдения и городская инфраструктура, приспособленные для информационной поддержки автономных транспортных средств в реальном времени. В первом полугодии Intel планирует передать образцы чипов Loihi в ведущие университеты и исследовательские институты, применив их к более сложным проблемам и наборам данных.

Физики из РФ и Великобритании создали детектор квантовых состояний

Московский физико-технический институт (МФТИ) сообщает о том, что российско-британскому коллективу учёных удалось разработать сверхпроводящий детектор квантовых состояний.

Изображения МФТИ

Изображения МФТИ

В исследованиях приняли участие специалисты МФТИ, Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, а также физического факультета университета Роял-Холлоуэй.

Детектор состоит из двух сверхпроводящих контуров, связанных джозефсоновскими переходами таким образом, что разность фаз волновых функций на сегментах этих контуров скачкообразно меняет критический ток всей структуры от нуля до максимального и обратно при последовательном изменении квантовых чисел в каждом из контуров. Устройство представляет собой плоский чип с двумя квадратными контурами из алюминия. Эти контуры расположены друг над другом и, что самое важное, связаны между собой джозефсоновскими контактами (представляют собой два сверхпроводника, разделённых тонким слоем диэлектрика).

Важно отметить, что прибор может стать не только исследовательским инструментом. Он также может войти в состав квантовых компьютерных систем. Основным элементом таких систем являются квантовые биты, или кубиты. Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит — 1 или 0. Кубиты же находятся в суперпозиции двух состояний, то есть могут кодировать сразу логические единицу и ноль.

Созданный прибор может использоваться для детектирования квантовых состояний сверхпроводящих кубитов, если один из сверхпроводящих контуров будет заменён на кубит.

Подробнее об исследовании можно узнать здесь

Австралийские учёные представили 480-кубитный кремниевый квантовый процессор

Университет Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW) имеет собственную позицию в сфере разработки квантовых компьютеров. Квантовые вычислительные системы могут использовать сверхпроводящие элементы, оптические ловушки, атомы, ионы, спины или что-то ещё. Но все они сталкиваются с проблемами масштабирования и со сложностями удержать квантовые состояния согласованным (когерентными) так долго, чтобы можно было с высокой точностью произвести расчёты и прочитать результат. Обе эти проблемы UNSW собирается решить в одном устройстве — в квантовом кремниевом процессоре.

Кремниевый квановый процессор в представлении художника

Кремниевый квантовый процессор в представлении художника

На днях в сетевом журнале Nature Communications в открытом доступе появилась статья «Кремниевая КМОП-архитектура для квантовых компьютеров на спинах» за авторством работников университета. Инженеры и учёные представили проект кремниевого процессора, который оперирует спинами одиночных электронов в качестве квантовых объектов (точек). Для производства такого процессора подходят классические КМОП (CMOS) технологические процессы и традиционные материалы. В данном случае проект разработан для выпуска решений на обычной кремниевой пластине со слоями изоляции из диоксида кремния. Рабочий уровень, в котором хранятся кубиты-электроны, это слой, насыщенный изотопами silicon-28. При этом следует помнить, что даже такой кремниевый процессор должен работать при криогенных температурах порядка 1K или ниже.

Структура, схема элементарной квантовой ячейки и архитектура кремниевого 480-кубитного квантового процессора (Nature)

Структура, схема элементарной квантовой ячейки и архитектура кремниевого 480-кубитного квантового процессора (Nature)

Проект процессора создан модульным с возможностью расширения. Минимальный строительный кирпичик процессора — это блок со сторонами 4 × 20 кубитов. Весь процессор спроектирован как массив 24 × 20 кубитов и состоит из 480 кубитов. Допускается дальнейшее горизонтальное масштабирование для увеличения числа кубитов в процессоре, как и уменьшение масштаба техпроцесса производства. Представленный проект, как заявляют разработчики, хорошо ложится на 14-нм техпроцесс Intel, где расстояние между затворами приближается к 70 нм. Для надёжной работы спроектированного кремниевого квантового процессора необходима ячейка для электрона (кубита) со сторонами 63 нм.

Электрическая схема и сигнальная управляющая структура команд квантового процессора (Nature)

Электрическая схема и сигнальная управляющая структура команд квантового процессора (Nature)

Выбранная учёными 2D-архитектура расположения кубитов преследует главную цель — снизить вероятность появления ошибок в ходе квантовых вычислений. Вернее, они на практике реализовали так называемый поверхностный код (surface code). Поверхностный код подразумевает, что часть кубитов не участвуют в хранении данных, а используются для исправления ошибок в кубитах, отвечающих за данные. Это сравнимо с аппаратной схемой ECC. Например, информационные кубиты и условно ECC-кубиты могут располагаться на плоскости в шахматном порядке. Это позволяет загружать в квантовый процессор программный код и обеспечивать надёжность расчётов.

В предложенной конструкции и схеме нет ничего сложного для современного производства. Схемотехника и её реализация также близка к широко использующейся при выпуске чипов. В общем случае кремниевый квантовый процессор напоминает организацию и работу памяти DRAM. Квантовая точка (электрон) загружается в предназначенную для него область и управляется обычным плавающим затвором (транзистором), как и соседствующая с ним область (J-переход), которая контролирует связанность/взаимодействие соседних квантов. Выглядит просто. Может именно так делается революция?

Российские учёные протестировали прототип «квантового телефона»

Специалисты физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова протестировали так называемый «квантовый телефон» — систему, обладающую абсолютной защитой от возможного перехвата данных или подслушивания.

Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Иными словами, незаметное вторжение в систему невозможно.

За безопасность в протестированной в МГУ платформе отвечает разработанное российскими учёными оборудование. Оно обеспечивает распределение симметричных криптографических ключей по квантовому каналу в автоматическом режиме при подключении к действующим волоконно-оптическим линиям.

МГУ

МГУ

«Рабочее место квантового телефона — обычный персональный компьютер, в котором установлен оптоэлектронный модуль, соединённый оптическим волокном напрямую с сервером квантового распределения ключей. Кроме того, компьютер использует ПО, модифицированное специально для работы с этим оптоэлектронным устройством», — приводит сетевое издание «РИА Новости» слова исследователей.

Создание «квантового телефона» — это один из этапов проекта по развёртыванию в России университетской квантовой сети. Инициатива включена в программу развития Московского университета. 

Учёные создали 53-кубитную квантовую систему с хорошими перспективами

Команда учёных из Университета Мэриленда (UMD) и Национального института стандартов и технологий США (NIST) впервые смоделировала рекордную по числу кубитов квантовую систему, имитирующую такие квантовые явления, как возникновение магнетизма в материалах. Ранее исследователи смогли дойти до моделирования 20-кубитной системы. Новая разработка — это уже 53 взаимодействующих атомных кубита, что в 2,5 раза больше, чем в предыдущем случае.

Квановая последовательность, управляемая лазером в представлении художника

Квантовая последовательность, управляемая лазером в представлении художника

Классические компьютеры, что важно, уже неспособны моделировать поведение квантовых систем такого порядка, поскольку все элементы квантовой системы одновременно находятся в слишком большом числе квантовых состояний. К тому же, по мере увеличения количества исследуемых частиц (квантов) это число растёт экспоненциально. Квантовые вычислительные системы позволяют обойти этот запрет. Их нельзя назвать компьютерами в классическом смысле этого слова. По факту — это в некотором роде аналоги настоящих квантовых систем, наблюдая за поведением которых можно с уверенностью представить поведение реальных квантовых систем. Например, как в случае эксперимента в Университете Мэриленда, изучив квантовые явление возникновения магнетизма.

Квантовая система UMD-NIST представляет собой 53 отдельных ионов иттербия-171 — заряженных атомов в ловушках из позолоченных электродов. На основе представленной модели появляется возможным создать систему с большим числом кубитов и, в итоге, разработать программируемый квантовый компьютер общего назначения. Ионный кубит, по словам разработчиков, это стабильные атомные часы с отличной способностью воспроизведения. Они эффективно увязываются друг с другом с помощью внешнего лазерного излучения. Это означает, что система поддаётся перепрограммированию и реконфигурации под воздействием внешних управляющих факторов.

Оптический квантовый компьютер компании NTT

Оптический квантовый компьютер компании NTT

Атомные и, в частности, ионные кубиты интересны тем, что построенная на них квантовая система хотя и использует вакуумные камеры, но работает при комнатной температуре и обычном атмосферном давлении. Подобную систему 27 ноября сделали публично доступной в Японии благодаря компании NTT. Она потребляет примерно как мощный настольный компьютер, хотя специализированные расчёты выполняет во много раз быстрее.

Схема эксперимента учёных из Университета Мэриленда (Nature)

Схема эксперимента учёных из Университета Мэриленда (Nature)

Модель квантовой системы UMD-NIST предельно специализированна. Каждый ион в ловушке имитирует частицу со своим спином — маленький магнит (см. на картинке выше). Таким образом — это цепочка спинов, которая моделирует квантовые магнитные явления в материалах. Сначала спины упорядочивают — придают им одинаковое направление внешним магнитным полем, а потом ослабляют поле и постепенно повышают его напряжённость. Тем самым в действие включаются квантовые явления ближнего и дальнего взаимодействия спинов, что невозможно в представленном объёме смоделировать на обычных компьютерах. В созданной на основе оптических ловушек модели всё происходит как «на самом деле», позволяя на практике наблюдать квантовый магнетизм в «естественных» условиях.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥