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

Художественное представление многоуровневых квантовых состояний. Источник изображения: UNSW Sydney

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

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

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

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

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

Ранняя история персональных компьютеров изобилует белыми пятнами, которые ждут своих первооткрывателей. Множество небольших фирм и даже частные гаражные проекты породили десятки устройств, о многих из которых неизвестно не только широкой общественности, но даже специалистам. От некоторых не осталось вообще ничего, тогда как других нашли всего единицы. Тем ценнее случайная находка уборщиков, обнаруживших два экземпляра компьютера Q1.

Компьютер Q1-Lite-IWS (нажмите для увеличения)

Хорошо известно, что в 1971 году группа Федерико Фаджини (Federico Faggin) в Intel создала первый однокристальный микропроцессор 4004. Он использовался в микрокалькуляторах. В 1974 году вышел более мощный процессор Intel 8080, на базе которого компания MITS начала разрабатывать персональный компьютер Altair 8800. Промежуток в три года между этими событиями малоизвестен, но он также важен для истории развития ПК, как и все последующие годы.

Но всё началось чуть раньше. В декабре 1969 года компания Computer Terminal Corporation (CTC) поручила Intel разработать однокристальный процессор с собственным набором команд CTC, который предназначался для интеллектуального терминала DataPoint 2200. Компания Intel не выполнила условия контракта. Позже этот заказ превратился в процессор 8008, дебютировавший в 1972 году. Не пропадать же добру? Компания CTC самостоятельно завершила проект, собрав процессор на дискретной логике TTL. Терминал DataPoint 2200 стал фактическим персональным компьютером, хотя его процессор был «размазан» по плате.

Зато процессором Intel 8008 воспользовалась американская компания Q1. Они начали продавать компьютер Q1 уже в декабре 1972 года — всего через 8 месяцев после анонса 8008. Тем самым компьютер Q1 стал первым в мире персональным компьютером на однокристальном процессоре. Частота процессора составляла всего 800 кГц, а объём памяти был равен 16 Кбайт. Более поздние версии Q1 были оснащены микропроцессором Z80, разработанным Фаджином в компании Zilog. Но отличительные черты линейки Q1 останутся: качественная сборка, уникальный промышленный дизайн и соотношение сторон, а также неоново-оранжевые плазменные дисплеи.

Считалось, что всего в мире осталось не более 8 экземпляров компьютера Q1. Три из них находятся в том или ином музее компьютерной техники. Недавно Кингстонский университет в Лондоне удивительным образом заполучил сразу два экземпляра таких компьютеров. Их обнаружила клининговая компания при уборке подсобных помещений в одной из школ. Компьютеры хранились в запылённых коробках, но были целыми. Университет поместил находку в своём музее истории компьютерной техники.

Выше на видео можно посмотреть, как выглядела снаружи и внутри более поздняя модификация Q1-Lite-IWS.

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

Источник изображения: IonQ

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

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

IonQ Tempo

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

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

Группа учёных с факультета инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета разработала новый чип, который для выполнения сложных математических операций использует не электричество, а световые волны. Кремниево-фотонный чип можно выпускать на современном оборудовании и использовать его, например, в качестве сопроцессора для GPU в задачах, связанных с машинным обучением.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Учёные создали и испытали чип на операциях векторно-матричного умножения для матриц 2 × 2 и 3 × 3. Также была показана возможность работы матрицы 10 × 10. Эти примеры продемонстрировали, что предложенные методы обладают потенциалом для создания крупномасштабных аналоговых вычислительных платформ на основе световых волн, о чём учёные рассказали в статье в журнале Nature Photonics.

В основе работы лежит доказательство концепции изготовления волноводов и аморфных линз непосредственно на кремниевой пластине с помощью стандартных техпроцессов травления и обработки пластин. Традиционные методы изготовления метаструктур страдают такими ограничениями, как узкая полоса пропускания и высокая чувствительность к ошибкам изготовления. В частности, это ограничивает масштабирование подобных архитектур.

Вместо того чтобы использовать кремниевую пластину одинаковой высоты, объясняют разработчики, «вы делаете кремний тоньше, скажем, на 150 нанометров», но только в определенных областях. Эти изменения высоты без добавления каких-либо других материалов обеспечивают средство контроля над распространением света через чип, поскольку изменения высоты могут быть распределены таким образом, чтобы свет рассеивался определенным образом, позволяя чипу выполнять математические вычисления со скоростью света.

Проще говоря, в кремнии протравливаются волноводы и создаётся система линзирования, которые обеспечат прохождение светового сигнала по лабиринту волноводов с жёстко заданным алгоритмом и в зависимости от сигналов на входе получится определённый результат. Таким сопроцессором можно дооснастить обычный графический процессор, чтобы разгрузить его от энергозатратных операций векторно-матричного умножения и, таким образом, ускорить вычисления для задач искусственного интеллекта и машинного обучения.

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

Типичная криогенная структура квантового компьютера. Источник изображения: Qinu GmbH

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

Под руководством профессора исследователи подняли данные аналогичных исследований учёных Высшей нормальной школы Парижа, работы с 27-кубитовым квантовым компьютером компании IBM и другие. Как позже выяснилось, похожие отклонения в экспериментальных и теоретических данных обнаружили также исследователи из Кёльнского университета. Обе группы объединили усилия и привлекли ещё учёных, заново проанализировав сотни работ по теме. Результат оказался удивительным. Оказалось, что в стандартной модели описание работы переходов Джозефсона не учитывает ряд важных факторов, и это ведёт к ошибкам вычислений.

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

Стандартная модель предполагает, что совокупные колебания (мода) в системе переходов Джозефсона имеют вид идеальной синусоиды. На практике мы дошли до такой степени точности измерений, что можем заметить отклонения от идеальной кривой. Всему виной гармоники, самые сильные из которых, как оказалось, влияют на результат измерений. Раньше они никак не учитывались. Коллектив из 30 авторов собрал столько «компромата» на гармоники, что отмахнуться от них больше нельзя. И это хорошо. Уточнённые формулы расчёта состояний сверхпроводящих кубитов могут привести к тому, что квантовые биты станут в 2–7 раз стабильнее, что, как минимум, на порядок снизит вероятность появления ошибок.

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

Компания Lian Li показала в рамках своей цифровой выставки 2024 Digital Expo прототип компьютерного стола DK-07 со встроенным системным блоком. Он рассчитан на установку двух материнских плат формата E-ATX, однако это не самая главная его особенность.

Источник изображений: Lian Li

Центральная часть стола DK-07 покрыта «умным» стеклом толщиной 8 мм, способным становиться прозрачным или матовым по нажатию одной кнопки. Под стеклом расположился 30-дюмовый прозрачный OLED-экран от компании LG. Его можно использовать в качестве второго монитора.

На правой стороне стола под крышкой находится ниша с ящиками для различных мелких предметов, вроде батареек, различных кабелей для зарядки и прочего.

На левой стороне DK-07 расположился встроенный выдвижной USB-хаб со множеством портов, беспроводной зарядкой и полноценной розеткой. Также есть встроенный подстаканник с функцией охлаждения.

Компьютерный стол DK-07 поддерживает установку двух радиаторов СЖО типоразмеров 280 или 360 мм, шесть 120-мм или пять 140-мм вентиляторов на фронтальной стороне, один радиатор типоразмером до 360 мм и трёх 120-мм вентиляторов на правой стороне, а также один радиатор СЖО типоразмеров 280 или 260 мм и три 120-мм вентилятора на левой стороне. Также никто не мешает собрать сразу два кастомных контура СЖО под каждую систему.

Производитель заявляет для DK-07 поддержку видеокарт толщиной до четырёх слотов расширения и длиной до 340 мм. Внутри стола также имеются четыре посадочных места для 3,5-дюймовых или 2,5-дюймовых накопителей. Новинка поддерживает установку одного кронштейна для монитора.

На переднем торце DK-07 расположены дополнительные USB-разъёмы, пара 3,5-мм аудиовыходов, а также кнопки управления.

Lian Li не сказала, появится ли этот стол в продаже и сколько будет стоить. Но с учётом всех его особенностей доступной цены от DK-07 ждать точно не стоит. Сейчас компания собирает отзывы и предложения о новинке.

Канадская компания Nord Quantique на сайте arXiv выложила статью, в которой сообщила о создании альтернативной архитектуры кубита. Ценность разработки в том, что каждый участвующий в вычислениях логический кубит может быть представлен всего одним физическим кубитом. Все возникающие в процессе ошибки исправляются им самим без привлечения других физических кубитов, что открывает путь к массовым квантовым компьютерам.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Компания Nord Quantique является дочерним предприятием факультета квантовой физики Шербрукского университета — одного из ведущих центров квантовых исследований в Канаде. Это предполагает крепкое теоретическое обоснование разработок компании в дополнение к возможности производить оборудование на заводе в Шербруке. Свой «альтернативный» кубит Nord Quantique создала в одном экземпляре. Статья и работа базируются на проверке его работы вне рамок вычислений, которые начнут проводиться ближе к концу текущего года.

Физическое представление кубита. Источник изображения: Nord Quantique

Интересно, что канадцы фактически перевернули с ног на голову архитектуру, давно используемую в квантовых компьютерах IBM и Google в виде так называемых трансмониевых сверхпроводящих кубитов. Кубиты в компьютерах IBM и Google хранят информацию в сверхпроводящей петле, а управляются микроволновым резонатором, в котором микроволновые фотоны задерживаются на какое-то время. Кубит Nord Quantique, напротив, хранит информацию — квантовые состояния — в микроволновых фотонах, удерживаемых в резонаторах, а сверхпроводящая петля управляет его состоянием.

Хитрость в том, что в резонатор можно запустить избыточное количество фотонов. Чем их больше, тем меньше вероятность появления ошибки. Избыточность — это хорошо проверенный и доказанный способ снизить количество ошибок, что широко применяется в обычных вычислениях.

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

Квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах

Было бы заманчиво увидеть масштабное применение кубита Nord Quantique. Для кубитов IBM и Google безошибочная работа кубитов означает, что каждый логический кубит должен состоять из 1000 физических кубитов. Для логического кубита Nord Quantique нужен всего один физический кубит или, по крайней мере, десятки, а не тысячи всех этих петелек, резонаторов, коаксиальных разъёмов и прочей мелочи, которая в масштабе представляет то, что мы видим на современных фотографиях квантовых систем: огромные хромированные люстры.

По сообщениям сетевых источников, производство компьютеров, электронных и оптических изделий в России в 2023 году выросло на 32,8 % по сравнению с 2022 годом. Об этом пишет «Интерфакс» со ссылкой на данные Росстата.

Источник изображения: jarmoluk / Pixabay

В сообщении сказано, что в декабре 2023 года производство продукции этой категории увеличилось на 24 % по сравнению с аналогичным периодом 2022 года. Прирост производства в сравнении с показателем ноября составил 31,8 %.

Также отмечается, что цены на продукцию производителей компьютеров, электронных и оптических изделий в минувшем году увеличились на 5 % по сравнению с показателем 2022 года. В декабре продукция упомянутой категории подорожала на 7,6 % по сравнению с аналогичным периодом 2022 года и на 2 % по сравнению с предыдущим месяцем.

Квантовая неопределённость обещает взвинтить производительность компьютеров и одновременно убивает вычисления своей чувствительностью к малейшим возмущениям среды. Для безошибочных квантовых расчётов необходимо тысячу физических кубитов представить одним-единственным логическим кубитом. Ничем иным как расточительством такое не назовёшь. Это проблема, решить которою пообещали немецкие, чешские и японские учёные.

Учёные сделали из фотонов «кошку Шрёдингера». Источник изображения: Peter van Loock

Традиционный метод предполагает создание отдельных кубитов — сверхпроводящих, из холодных нейтральных атомов, фотонов или в другом виде — и последующее их запутывание друг с другом. Только запутывание кубитов позволяет запускать на них квантовые алгоритмы и получать результат без ошибок при соблюдении всех необходимых условий. Учёные из университетов Майнца (Германия), Оломоуца (Чехия) и Токио (Япония) предложили элегантное решение, которое реализует три возможности в одном: объединили несколько фотонов в одном коротком световом импульсе с присущей системе врождённой способностью исправлять ошибки.

«Хотя система состоит только из лазерного импульса и, следовательно, очень мала, она может — в принципе — немедленно устранять ошибки. Таким образом, нет необходимости генерировать отдельные фотоны в виде кубитов с помощью многочисленных световых импульсов, а затем заставлять их взаимодействовать как логические кубиты, — заявил профессор Питер ван Лоок (Peter van Loock) из Майнцского университета. — Наш лазерный импульс был преобразован в квантово-оптическое состояние, что даёт нам врожденную способность исправлять ошибки».

Фактически речь идёт о создании импульса из нескольких запутанных фотонов (все они описываются одной волновой функцией). С одной стороны, это всё же пакет элементарных частиц, который можно представить как объединение нескольких физических кубитов в один логический. Но с другой стороны, это достаточно малый объект, если так можно сказать о коротком импульсе, который может рассматриваться как один единственный кубит одновременно физический и логический с функцией коррекции ошибок, что может существенно упростить создание безошибочных универсальных квантовых вычислителей.

Наконец, в отличие от криогенных платформ IBM и Google на сверхпроводящих кубитах, оптические кубиты позволяют работать в условиях комнатной температуры, а это важнейший момент для широкой коммерциализации квантовых платформ.

Канадская компания D-Wave сообщила о завершении калибровки квантового компьютера нового поколения с более чем 1200 кубитами — Advantage 2. Тестовые прогоны показали двукратное увеличение времени когерентности кубитов, что ускоряет расчёты, а также правильность выбранной стратегии по уменьшению ошибок в вычислениях. Вскоре прототип компьютера Advantage 2 будет доступен через облачный сервис компании — это будет самая мощная квантовая платформа в мире.

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

Следует подчеркнуть, что слова о мощности той или иной квантовой платформы необходимо воспринимать со здоровым скептицизмом. Во-первых, не существует единой метрики, которая позволила бы сравнивать квантовые платформы, работающие на принципиально разной элементной базе: на холодных нейтральных атомах, сверхпроводящих кубитах, фотонах, спинах элементарных частиц, ионных ловушках и так далее. Во-вторых, квантовая платформа D-Wave заточена для решения задач оптимизации, что не делает её универсальной.

Наконец, квантовый компьютер D-Wave удерживает согласованное (когерентное) состояние кубитов особым образом — переводя их в возбуждённое состояние и ожидая, пока они не успокоятся — не перейдут в состояние с минимальной энергией, что станет ответом на запрограммированную задачу (заданный алгоритм). Поэтому есть смысл сравнивать системы D-Wave предыдущих и новых поколений.

Как утверждают в компании, квантовые компьютеры Advantage 2 значительно превосходят компьютеры Advantage. Например, они в 20 раз быстрее решают задачи по исследованию таких необычных магнетиков, как спиновые стёкла. Это важное семейство сложных для классических компьютеров задач оптимизации. Также система Advantage 2 в два раза быстрее выполняла расчёты при моделировании материалов и демонстрировала значительно меньше ошибок. В сфере решения задач для искусственного интеллекта Advantage 2 в 90 % случаях превосходила своего предшественника, например, отлично решая задачи удовлетворения ограничений.

Всё это стало возможным как за счёт новой топологии сверхпроводящих кубитов, что увеличило количество возможных связей с 15 до 20, так и за счёт удвоения времени когерентности, а также благодаря дальнейшему увеличению масштаба платформы и снижению уровня шумов в новых интегральных схемах. Система из 1200+ кубитов будет доступна через облачный сервис Leap компании.

Для коммерческих поставок компания планирует собирать системы из 7000 кубитов. Они должны быть доступны до конца текущего года, но могут задержаться. Прототип Advantage 2 с 500 кубитами был готов полтора года назад. За прошедшее с тех пор время компания смогла изготовить только 1200-кубитовый прототип, что указывает на сильное отставание от ранее анонсированного графика.

Физики в России впервые использовали отечественный 12-кубитный квантовый компьютер на базе сверхпроводников для проведения расчётов, связанных с нейросетями и машинным обучением, сообщает ТАСС. Платформа показала высокую скорость работы и способность к обучению, что в перспективе найдёт широкое применение.

Одна из ранних версий российского процессора на сверхпроводящих кубитах. Источник изображений: НИТУ МИСИС

«Учёные запустили первый в России 12-кубитный квантовый процессор для квантового машинного обучения на основе сверхпроводников. Сейчас на нём тестируются алгоритмы обучения для квантовой нейросети, которая может определять сорт вина по его химическому составу и диагностировать рак молочной железы», — сказано в пресс-релизе МФТИ.

Разработанный и созданный в МФТИ процессор, очевидно, на трансмониевых сверхпроводящих кубитах, подобно квантовым процессорам IBM и Google, может похвастаться характеристиками мирового уровня — средним временем жизни кубита порядка 14 мкс и средним временем одной квантовой операции на уровне 50 нс. Учёные из МФТИ быстро наращивают число работающих кубитов в своей платформе, за два–три года пройдя путь от двухкубитовых к 12-кубитовым схемам, и планируют в ближайшее время собрать 16-кубитовый вычислитель с прицелом на дальнейший рост.

Важной особенностью новой системы также стал переход на двухмерную компоновку кубитов, тогда как раньше они располагались в одной плоскости, что необходимо для дальнейшего масштабирования платформы.

«Это большой шаг вперед для нашей лаборатории и для всего научного сообщества, занимающегося квантовыми исследованиями в России. Работа демонстрирует не только нашу способность показывать новые результаты на мировом уровне, но обещает и значительный прогресс в практическом применении квантовых технологий, так как мы всегда стремимся тестировать наши устройства на реальных задачах», — добавил профессор МФТИ Олег Астафьев.

Разработка в России квантовых компьютеров на сверхпроводящих кубитах — это только часть обширной программы исследований новых квантовых технологий. Согласно утверждённому плану развития квантовых платформ в стране, предложенному госкорпорацией «Росатом» и принятому к реализации с 2019 года, российские учёные работают также с кубитами на ионах, холодных нейтральных атомах и фотонах в добавок к хорошо изученным за прошедшие годы сверхпроводящим кубитам.

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

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

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

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

24-кубитовая система Wuyuan. Источник изображения: Origin Quantum

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

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

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

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

Источник изображения: Science Advances

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

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

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

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

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

Компания ADATA Technology представила в рамках прошедшей недавно выставки CES 2024 свои новейшие инновационные решения для хранения данных и не только. Производитель разбил свой стенд на три основные тематические выставочные зоны, в которых показал системы охлаждения для накопителей данных, всевозможные системы хранения данных, а также игровые комплектующие и готовые системы.

В «Выставочной зоне экспертов по надёжности и охлаждению» были представлены мощные запатентованные решения для охлаждения твердотельных накопителей и экологичные решения для хранения данных. ADATA показала твердотельный накопитель Project NeonStorm Gen5, который представляет собой идеальное сочетание двухслойных воздуховодов из алюминиевого сплава и системы жидкостного охлаждения с двумя вентиляторами. Эта система снижает температуру SSD более чем на 10 % по сравнению с безвентиляторными SSD с PCIe 5.0, обеспечивая стабильную скорость чтения и записи до 14 000 и 12 000 Мбайт/с соответственно.

Также был показан твердотельный накопитель ADATA LEGEND 970 Gen5 с повышенной эффективностью рассеивания тепла за счет запатентованных экструдированных алюминиевых ребер, поверхностной кристаллизации и встроенного вентилятора. Наконец, был представлен внешний твердотельный накопитель SE920 USB4 с раздвижным корпусом, микровентилятором и запатентованной технологией рассеивания тепла, что должно обеспечить стабильную скорость чтения до 3800 Мбайт/с.

Также в этом году ADATA выпустит экологически чистые продукты для хранения данных — флэш-накопители Project ECO Flip и Project ECO Refresh. В их корпусах используются переработанные материалы, а их производство создаёт на 85 % меньше выбросов углекислого газа, чем предыдущие методы производства.

В выставочной зоне Smart Living были представлены инновационные решения для потребителей и профессионалов, в том числе с использованием искусственного интеллекта. Так, ADATA показала карты памяти SD 7.1 microSD Express и SD 8.0 Express, которые обладают скоростью чтения и записи 1600 и 1300 Мбайт/с соответственно. ADATA также продемонстрировала первые разогнанные модули памяти R-DIMM промышленного уровня (Registered DIMM) с эффективной частотой до 6400 МГц. Кроме того, ADATA Industrial выпустила различные продукты для хранения данных на базе BiCS5 3D TLC и твердотельные накопители корпоративного уровня с высоким ресурсом перезаписи (DWPD).

Ещё ADATA выпустила высокопроизводительные твердотельные накопители PCIe 5.0 корпоративного класса в форм-факторах EDSFF E3.S/E1.S с контроллером Montitan SM8366, поддерживающим механизм шифрования TCG OPAL и технологию защиты от отключения питания, а также обеспечивающим плавное соединение с сервером во время большого потока данных, что делает это решение надежным, стабильным и безопасным.

В выставочной зоне XPG Xtreme Gaming были представлены производительные комплектующие для ПК и рабочие станции. Так XPG показала систему DEFENDER WS XL, которая сочетает компактный дизайн и способность запускать большие языковые модели со 150 млрд параметров, а также станцию XPG DEFENDER WS XXL в партнерстве с экспертом по жидкостному охлаждению EKWB. Последний оснащен двумя цифровыми блоками питания XPG FUSION мощностью 1600 Вт каждый, а также дополнительными охлаждающими камерами.

Каждая из четырех представленных игровых систем XPG демонстрирует высочайшую производительность и эстетику среди потребительских ПК. В этих сборках представлено несколько продуктов XPG, включая XPG INVADER X PRO с безрамочным цельностеклянным дизайном и XPG BATTLECRUISER II, теперь оснащенный портом USB 4.0 на панели ввода-вывода. Ряд блоков питания, совместимых с ATX 3.0, включая первый в мире блок питания SFX от XPG. Также будет представлен ряд новых комплектующих для ПК:

1. гибридный кулер XPG HYBRID COOLER, который обеспечивает производительность жидкостного охлаждения при габаритах воздушного кулера.
2. СЖО XPG LEVANTE PRO с 3,5-дюймовым ЖК-экраном на помпе, который предоставляет данные мониторинга системы в реальном времени.
3. Project NeonMax — это модуль памяти DDR5, колоссальные 60 % площади поверхности которого способны излучать свет, что обеспечивает самую большую в отрасли светящуюся область RGB на одном модуле DRAM.

Отвечая на рыночную тенденцию компьютерных систем с искусственным интеллектом, XPG выпустила игровые ноутбуки с процессорами Intel 14-го поколения и видеокартами NVIDIA Ada Lovelace — XENIA 16X и обновленную версию XENIA 15G. Последняя станет первым в мире ноутбуком, оснащенным SSD емкостью 24 Тбайт и 96 Гбайт оперативной памяти. Ещё были представлены наушники XPG PRECOG STUDIO с разъёмами 4,4 мм и USB type-C. Кроме того, экосистема беспроводных периферийных устройств XPG MOJO, оформленная в стиле XPG Xtreme Saga, использует технологию сверхширокополосного диапазона, а ее беспроводная мышь обеспечивает самую быструю и точную в отрасли скорость отклика 8K.

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

Источник изображения: НИТУ МИСИС

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

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

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

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

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

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

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