Как устроен и зачем нужен квантовый компьютер. Квантовый компьютер что это?

Работа продолжается. Еще в середине прошлого века ученые предполагали, что пяти будет достаточно для всего мира. компьютеров, Поэтому хорошо, что в этом веке количество рабочих мест будет расти, а для их производства появятся эффективные и масштабируемые технологии. для квантовых компьютеров и что для их производства могут быть найдены эффективные и масштабируемые технологии. Тем временем, есть несколько отправных точек для взаимодействия.

Блеск и нищета квантовых вычислений

Квантовые компьютеры Энергия сотен и тысяч кубитов вот-вот войдет в массовое производство — такой вывод можно сделать, прокрутив по диагонали новостные ленты популярных сайтов. Действительно, переход от рабочих прототипов к серийным машинам может занять годы или даже десятилетия.

В 2019 году исследователи Google объявили, что их прототип. квантового компьютера Sycamore, работающий на 53 кубитах, выполняет за 200 секунд вычисления, выполняемые одним из самых мощных суперкомпьютеровкомпьютеров, IBM Summit (с 9 216 CPU и 27 648 GPU) потребовалось бы около 10 000 лет. Другими словами, произошло очевидное увеличение скорости квантовых скорости вычислений (по сравнению с передовыми машинами на базе архитектуры фон Неймана) примерно в 158 миллионов раз.

Это настолько вдохновляет, что остается только удивляться, почему за почти три года, прошедшие с тех пор, компьютеры не квантовые еще не начали вытеснять классические машины — по крайней мере, из списка самых мощных суперкомпьютеров мир?

 Ловушка для захвата положительных ионов, которые под воздействием лазерного излучения в глубоком вакууме выполняют роль кубитов (источник: University of Chicago)

Ловушка для улавливания положительных ионов, которые ведут себя как кубиты при воздействии лазерного излучения в глубоком вакууме (Источник: Чикагский университет)

⇡#Где же логика?

Конечно, новая технология требует значительных инвестиций, но если она гарантирует дополнительное увеличение вычислительной мощности в 158 миллионов раз — какой рациональный капиталист (не в ругательном, а в чисто экономическом смысле этого слова) позволит себе удержаться от инвестиций в такую перспективу роста?

Почему же тогда Конгресс США недавно одобрил выделение 52 миллиардов долларов на строительство новых предприятий по производству полупроводников в стране? Учитывая эти убедительные события квантовых информационных технологий, разве это не то же самое, что инвестировать в новые конные и троллейбусные заводы в 1930-х годах — вместо того, чтобы строить асфальтированные дороги и бензоколонки для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания?

 Для охлаждения вычислителя на базе квантового процессора IBM Eagle до температур, близких к абсолютному нулю, требуется настоящий суперхолодильник (источник: IBM)

Охлаждение процессора на базе IBM Eagle квантового Процессор Eagle от IBM при температуре, близкой к нулю, требует суперкулера (Источник: IBM)

И разработки в области обработки данных квантовых в вычислительной технике, похоже, не застопорились с тех пор. За прошедшие годы компания IBM представила квантовый Чип Eagle со 127 кубитами, впервые число кубитов в одном чипе превысило сто. Компания QuEra Computing, основанная физиками из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института, объявила о разработке 256-кубитной вычислительной машины. квантового симулятор. Наконец, сама компания Google продолжает совершенствоваться квантовый вычислительный механизм Sycamore, совершенствуя механизмы коррекции ошибок для достижения новых высот производительности.

 Главный вычислительный узел Sycamore смотрится более чем внушительно (источник: Google)

Главный вычислительный узел Sycamore выглядит более чем впечатляюще (Источник: Google)

Однако полупроводник компьютеры не сдаст свои позиции в обозримом будущем: Даже если последние события в на квантовом Тем не менее, полупроводники не сдадут своих позиций в обозримом будущем: несмотря на то, что о новых разработках объявляется все чаще, старые добрые машины на базе архитектуры фон Неймана по-прежнему остаются основным вычислительным инструментом.

Более того, оказалось, что пресловутая задача, которую Sycamore так триумфально выполнил в 2019 году, не так уж недостижима для классических компьютеров: Пан Чжан и его коллеги из Института теоретической физики Китайской академии наук недавно показали, что даже не майнинговая операция с полудюжиной видеокарт потребительского класса потребует около 15 часов для решения задачи. Каждый суперкомпьютеру из списка 100 лучших в мире продлится несколько десятков секунд.

 Так всё-таки, сможет ли квантовый вычислитель (допустим, он слева) в обозримой перспективе обогнать компьютер архитектуры фон Неймана? (источник: La boite verte)

Так всё-таки, сможет ли квантовый Компьютеры (говорят слева) обгонят в обозримом будущем. компьютер архитектура фон Неймана; (источник: La boite verte)

⇡#Стопроцентно натуральная аналогия

Важно понимать, что квантовые Вычисления качественно отличаются от классического исчисления. Эволюция от механических машин к радиолампам и от них к транзисторам была количественной: подход фон Неймана к вычислениям не изменился, алгоритмы де-факто остались прежними. Сама идея творения квантовых компьютеров возникли не из необходимости вновь ускорить классические алгоритмы, а из потребности моделировать реальные физические явления надлежащим образом, принимая во внимание квантовых эффектов.

 Типичная «наглядная» иллюстрация разницы между бинарным битом и кубитом. Всё вроде бы ясно, но совершенно ничего не понятно (источник: Medium)

Типичное «визуальное» представление разницы между двоичным битом и кубитом. Все выглядит ясно, но абсолютно ничего не ясно (Источник: Medium)

Мы почти точно знаем, когда появился термин «квантовый компьютер». В 1981 году в Массачусетском технологическом институте состоялась конференция по физике и вычислениям, на которой выступил сам Ричард Фейнман, чье имя знакомо каждому, кто хоть поверхностно интересуется физикой. квантовой в области физики, выступил с докладом «Моделирование физики». Он сформулировал и обосновал важнейший принцип, на котором должна основываться компьютерная система для моделирования явлений реального мира: полная имитация природы. квантовых «Компьютер будет делать то же самое, что и природа».

Другими словами, численное моделирование квантовых явления требует системы, которая следует на квантовых те же принципы. Будучи добросовестным исследователем, Фейнман не только сослался в своем докладе на фундаментальную теорему Дж.С. Белла (впервые опубликованную в 1964 году) о сводимости квантовомеханических явлений с помощью классических вычислительных методов, но и к двум более поздним работам на эту тему за «железным занавесом» — «Термодинамические модели обработки информации» Р.П. Поплавского (1975) и «Вычислимое и невычислимое» Ю.А. Козлова (1975). И.Манин (1980), в котором указывалось, что в принципе невозможно предсказать поведение квантовых систем на обычных компьютерах из-за чрезвычайной сложности алгоритмических квантовых явления (особенно принцип суперпозиции).

 Ричард Фейнман объясняет квантовую физику на пальцах, 1967 г. (источник: Los Angeles Times)

Ричард Фейнман объясняет квантовую Физика на кончиках пальцев, 1967 год (Источник: Los Angeles Times)

Потому что даже если ты не прикоснешься квантовой Если обратиться к физике и просто моделировать поведение больших наборов вполне классических частиц, то ограничения архитектуры фон Неймана становятся более чем очевидными. Если, например, R частиц могут занимать N позиций в пространстве, то весь диапазон состояний такой системы определяется как N R ( N — R ) — т.е. даже для самых современных суперкомпьютеров Система с R и N порядка 100 уже является невыполнимой задачей.

Самая важная особенность квантового процесса, его радикальное отличие от обычных макроскопических явлений, является принцип суперпозиции (точнее, принцип существования суперпозиции состояний). Этот принцип подразумевает возможность нахождения квантовой система во всем диапазоне взаимоисключающих состояний, доступных ей одновременно — пока ее состояние не будет измерено наблюдателем, что приведет к коллапсу квантовой системы до некоторой бесспорности. Кот Шредингера, да.

Работа продолжается. Еще в середине прошлого века ученые предполагали, что пяти будет достаточно для всего мира. компьютеров, Поэтому хорошо, что в этом веке количество рабочих мест будет расти, а для их производства появятся эффективные и масштабируемые технологии. для квантовых компьютеров и что для их производства могут быть найдены эффективные и масштабируемые технологии. Тем временем, есть несколько отправных точек для взаимодействия.

Все решения уже известны

Другая особенность кубитов заключается в том, что цена зависит от измерения. Это означает, что программист не знает значения кубита, пока он не будет измерен, и факт измерения влияет на значение кубита. Звучит странно, но это функция квантовых частиц.

Это тот факт, что кубиты находятся во всех состояниях одновременно, пока их не измеряют, компьютер он немедленно перебирает все возможные решения, поскольку кубиты соединены. Оказывается, решение известно сразу после ввода всех данных. Эта суперпозиция распараллеливает вычисления, что значительно ускоряет алгоритмы.

Сложность заключается в том, что результатом работы является квантового компьютера — является правильным ответом с определенной вероятностью. И нужно Стройте алгоритмы так, чтобы вероятность правильного ответа была как можно ближе к единице.

Рабочая температура внутри таких компьютеров — минус 273 градуса Цельсия.

Как делают кубиты и в чём сложность

Упрощено до максимума: для получения функционального кубита, нужно это взять атом, зафиксировать его как можно плотнее, защитить от постороннего излучения и соединить с другим специальным атомом. квантовой связью.

Чем больше таких кубитов соединено, тем менее они стабильны. Для достижения цели «квантового превосходство» над обычными компьютером нужно не менее 49 кубитов — что является очень нестабильной системой.

Основная проблема — декогеренция. Это тот случай, когда множество кубитов зависят друг от друга и на них может влиять все: космические лучи, радиация, колебания температуры и все другие явления внешнего мира.

Этот вид «фазового шума» является разрушительным. для квантового компьютера, потому что это разрушает суперпозицию и заставляет кубиты принимать ограниченные значения. Квант компьютер становится обычным — и очень медленным.

С декогеренцией можно бороться несколькими способами. Например, компания D-Wave, которая является квантовые компьютеры, охлаждает атомы почти до абсолютного нуля, чтобы выключить все внешние процессы. Именно поэтому они такие большие — почти все пространство занято защитой. для квантового процессора.

Квантовый процессор с девятью кубитами от Google

Зачем нужны квантовые компьютеры

Одно из самых важных приложений квантового компьютера на данный момент является разложение на простые числа. Дело в том, что вся современная криптография основана на том, что никто не может быстро разложить число с 30-40 цифрами (или более) на простые коэффициенты. В обычном компьютере потребуются миллиарды лет. Квант компьютер может сделать это примерно за 18 секунд.

Это означает, что больше нет секретов, потому что любой алгоритм шифрования можно мгновенно взломать и получить доступ к чему угодно. Это касается всего — от банковских переводов до сообщений в мессенджерах. Может наступить интересное время, когда традиционное шифрование перестанет работать, а квантовое Шифрование еще не было изобретено.

Ещё квантовые компьютеры идеально подходят для моделирования сложных вопросов, таких как расчет физических свойств новых элементов на молекулярном уровне. Это может позволить быстрее открывать новые лекарства или решать сложные ресурсоемкие задачи.

Сейчас квантовые компьютеры Все это невозможно — они слишком сложны в производстве и слишком нестабильны в эксплуатации. Лучшее, что можно сделать на данный момент, это улучшитьквантовый компьютер на одном алгоритме, чтобы добиться огромного увеличения производительности. Именно для этого их покупают крупные компании — чтобы быстрее решить одну-две наиболее важные задачи.

В Yandex Workshop вы можете стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером по цифровым продуктам. Первая часть обучения всегда бесплатна, поэтому вы можете попробовать то, что вам нравится. Затем идут рабочие программы.устройства.

В январе 2008 года компания привлекла 17 миллионов долларов США от международных инвесторов для поддержки разработки продукции, операционной деятельности и развития бизнеса. 20

Квантовый компьютер в России — миф или реальность?

А как насчет нас? Мы родились не из печи. Вот фотография первого российского «Кубита» под микроскопом. Есть только один.

Это также похоже на своего рода «петлю», в которой происходит что-то, о чем мы еще не знаем. Приятно думать, когда наши люди, поддерживаемые государством, развивают свою собственную жизнь. Так что внутренние разработки больше не являются мифом. Это наше будущее. Мы увидим, что произойдет.

Последние новости о квантовом компьютере России мощностью 51 кубит

Вот новости этого лета. Наши дяди разработали самую мощную систему в мире. (!) квантовый (!) компьютер 51 кбит(!) Т. Интересно, что Google ранее объявил о своей собственной компьютер 49 кубитов. И по их оценкам, они должны быть готовы примерно через месяц. А наши решили использовать уже готовый квантовый 51 кубитовый процессор…. Браво! Это гонка. По крайней мере, мы должны идти в ногу со временем. Потому что мы ожидаем прорыва в науке, когда эти системы начнут работать. Вот фотография человека, который объявил о нашей разработке в «квантовом» международный форум.

Фамилия ученого — Михаил Лукин. Его имя сегодня в центре внимания. Реализовать такой проект в одиночку невозможно. Он и его команда разработали самый мощный квантовый компьютер или процессор. Посмотрите, что говорят об этом ответственные лица:

« Квантовый компьютер Операция гораздо страшнее, чем ядерная бомба», — говорит соучредитель российского квантового Он (Михаил Лукин) создал систему, которая имеет наибольшее количество кубитов. На всякий случай. На данный момент это, вероятно, более чем в два раза больше кубитов, чем у кого-либо еще. И он намеренно сделал 51 кубит вместо 49. Потому что Google постоянно говорил, что собирается сделать 49″.

Но сам Лукин и квантовой John Martinez не считают себя конкурентами или соперниками. Ученые убеждены, что их главный конкурент — природа, и что их главная цель — разработать технологии и с их помощью вывести человечество на новый виток развития.

«Ошибочно думать, что это битва», — говорит Джон Мартинес, и совершенно справедливо: «Настоящая битва — с природой. Потому что его очень трудно создать. квантовый компьютер. И это восхитительно, что кому-то удалось создать систему с таким количеством кубитов. Пока что 22 кубита — это максимум, которого нам удалось достичь. Даже несмотря на то, что мы использовали всю нашу магию и профессионализм».

Да, все это очень интересно. Подумайте об аналогии: когда был изобретен транзистор, никто не мог знать, что эта технология будет работать на практике через 70 лет. компьютеры. Только в современном процессоре их насчитывается 700 миллионов….. Первый компьютер весили много тонн и занимали много места. Но персональные компьютеры компьютеры пришли даже — гораздо позже…

Я не думаю, что в ближайшее время стоит ожидать его появления в наших магазинах. устройств этой категории. Многие люди ждут их. Майнеры криптовалют, в частности, очень разошлись во мнениях по этому поводу. Ученые с надеждой изучают его, а военные — с большим вниманием. Как мы понимаем, возможности такого развития событий не совсем ясны.

Ясно лишь то, что вся наукоемкая промышленность будет охвачена им, и постепенно появятся новые технологии, новые отрасли и новое программное обеспечение. Время покажет.

До тех пор, пока мы не откажемся от нашего человечества…. квантовый компьютер, который был дан нам при рождении — это наша голова. Так что пока не выбрасывайте свои устройства в мусор. Они будут служить вам долгое время. Напишите, была ли статья интересной. Заглядывайте почаще. До свидания!

Почти та же форма, что и раньше — но теперь основное тригонометрическое тождество применяется к прямому треугольнику с единичной гипотенузой

Как применяются квантовые компьютеры сейчас

Все больше и больше крупных компаний разрабатывают квантовые компьютеры, делая его доступным с помощью облачных технологий. Заказчиками могут быть университеты, исследовательские институты или различные организации, заинтересованные в тестировании возможных сценариев использования таких компьютеров. Рынок пока невелик: по оценкам Hyperion Research, в 2020 году его стоимость составит 320 миллионов долларов, но он растет почти на 25 процентов в год.

По прогнозам Boston Consulting Group, к 2040 году объем рынка достигнет 850 миллиардов долларов. Этот прогноз основан на предположении, что в ближайшие годы в мире появятся устройства, пригодные для коммерческого и общественного использования. Даже отсутствие готовых прототипов не мешает людям инвестировать в стартапы. PsiQuantum, например, привлекла 665 миллионов долларов на строительство квантовых компьютеров на основе запутанных фотонов.

В настоящее время ученые концентрируют свои усилия на двух направлениях: создание универсального квантовых компьютеров вычислительные устройства для широкого круга задач, а также специализированные квантовых карманные калькуляторы. Коммерчески доступные системы обычно имеют небольшое количество кубитов, но используют принципы квантовой технология, ускоряющая вычисления. Одним из основных игроков на этом рынке является компания D-Wave Systems, чьи устройсткоторый уже имеет пять тысяч кубитов. С 2020 года D-Wave будет предлагать коммерческий доступ через облако к выделенным квантовым компьютерам Преимущество на уровне пяти тысяч кубитов, что до сих пор подходило для решения сложных оптимизационных задач.

IBM представила коммерчески доступную систему IBM Quantum System One, которая подходит для более широкого круга задач, включая моделирование материалов для систем хранения энергии, оптимизацию портфелей финансовых активов и улучшение параметров стабильности энергетической инфраструктуры. Исследователи также пытаются квантовый компьютер чтобы расширить границы глубокого обучения. В настоящее время проводятся исследования для проверки этой концепции, т.е. для оценки осуществимости квантовых обработки данных в областях, представляющих интерес.

ИИ и криптосистемы

Одна из наиболее перспективных областей, на которую может повлиять обработка данных квантовые вычислений является разработка систем искусственного интеллекта (ИИ). ИИ работает с огромными объемами данных, и неточности в обучении нейронных сетей приводят к значительным погрешностям. Квант компьютеры может улучшить алгоритмы обучения и интерпретации. Предприниматель в области искусственного интеллекта Гэри Фаулер считает, что способность квантовых компьютеров выходят за рамки стандартного двоичного кодирования. Это влияет как на объем информации, которую можно проанализировать, так и на обработку естественного языка.

ИИ на базе квантового компьютера смогут понимать и глубоко анализировать тексты и язык. То же самое относится и к распознаванию образов, что означает, что ИИ может научиться видеть объекты и понимать, что находится перед ним, так же точно, как человек, или даже лучше. Улучшенное распознавание образов позволит медикам диагностировать и лечить заболевания быстрее, чем с помощью МРТ.

Некоторые эксперты считают, что мощный искусственный интеллект невозможно без квантовых компьютеров. Современные суперкомпьютеры способны моделировать человеческий мозг с химическими взаимодействиями между отдельными частями нервных клеток. Даже с законом Мура, такая вещь компьютеры не произойдет и за миллион лет, но полное квантовый компьютер поможет решить эту проблему.

Еще одна область, которая кардинально изменится с появлением новых технологий квантовых компьютеров, будет криптография. Эксперты опасаются, что криптосистемы с открытым ключом могут быть скомпрометированы. Злоумышленники с достаточно сильными квантовые компьютеры, может нарушить цифровые подписи и жизненно важные интернет-протоколы HTTPS (TLS), необходимые для безопасного просмотра онлайн-счетов и совершения онлайн-покупок. Квантовые вычисления также будут угрожать безопасности симметричных систем шифрования, которые полагаются на обмен закрытыми ключами. Чтобы сохранить конфиденциальность данных, обмен ключами должен оставаться безопасным.

Считается, что постквантовая Неуязвимая криптография квантовым компьютерам, остается неуязвимым даже в самых мощных системах. Эксперты уже работают над решением этой проблемы, а NIST (Национальный институт стандартов и технологий, США) разрабатывает новые стандарты информационной безопасности, которые будут опубликованы в 2022 году. В то же время, такая криптография требует огромных ресурсов, поэтому квантовые компьютеры они могут помочь защитить то, что сами делают уязвимым. Однако прототипы будущих протоколов безопасности уже существуют и могут быть протестированы. Полный переход на эти системы может занять 15-20 лет.

Квантовые компьютеры изменят мир и общество

Квантовые компьютеры Это может привести к значительным прорывам в открытии и разработке лекарств и позволить ученым и врачам решать проблемы, которые в настоящее время не могут быть решены. Эксперты швейцарской фармацевтической компании «Рош» надеются что квантовое Моделирование позволит ускорить разработку вакцин для защиты от инфекций, таких как COVID-19, а также методов лечения гриппа, рака и даже болезни Альцгеймера. Квантовое моделирование может заменить лабораторные эксперименты, сократить расходы на исследования и свести к минимуму необходимость тестирования лекарств на животных и людях.

Квантовые компьютеры может ускорить разработку новых катализаторов для извлечения CO2 из воздуха или выхлопных газов, что позволит не только сократить выбросы, но и получить ценные нефтехимические продукты.

С помощью «квантового Отжиг» может рассчитать траекторию каждой частицы воздушного потока над крылом нового типа, что может привести к изобретению новых технологий в аэродинамике. Аналогичный принцип можно использовать для решения проблем оптимизации дорожного движения в городе или потока данных в сети.

Изменений можно ожидать и в финансовом секторе, где квантовые ИТ будут способствовать углублению аналитики и созданию новых торговых возможностей, таких как ускорение транзакций и обмена данными. Многие крупные банки, включая JP Morgan Chase, Goldman Sachs, BBVA Bank и Barclays, уже экспериментируют с ней. с квантовыми Технологии, чтобы оценить их роль в ближайшем будущем. Экспоненциальное ускорение обработки данных может оказать огромное влияние на финансовое моделирование, преобразуя оценку инвестиционных проектов и влияя на корпоративные стратегии. Компании, которые могут себе это позволить квантовый компьютер, получат огромное конкурентное преимущество.

Источник дохода для компаний, работающих с квантовыми ИТ-индустрия сможет получить удаленный доступ к своим ресурсам. Хотя в будущем квантовые компьютеры широко распространены, в настоящее время потребители более склонны использовать квантовые вычисления в облаке, а не рискованные инвестиции в дорогостоящее оборудование. В то же время, спектр программных приложений будет увеличиваться для квантовых компьютеров, средства разработки. Будут профессионалы, разрабатывающие инфраструктуры с использованием двух технологий — квантовых Компьютерные науки и искусственный интеллект, изучение которых станет неотъемлемой частью учебной программы.

В России в связи с созданием Национальной квантовой В России в связи с созданием Национальной лаборатории в первую очередь будут запущены программы обучения и подготовки высококвалифицированных кадров. План заключается в создании устойчивой экосистемы квантовых информатики на международный уровень, в котором примут участие представители науки, бизнеса и инноваций. Все это поможет нашей стране достичь высокого уровня в данной области и значительно увеличить скорость вычислений и решения самых сложных научных задач.

Это настолько вдохновляет, что остается только удивляться, почему за почти три года, прошедшие с тех пор, компьютеры не квантовые еще не начали вытеснять классические машины — по крайней мере, из списка самых мощных суперкомпьютеров мир?

Не квантовать!

Пока что квантовые компьютеры Они создают больше проблем, чем решают. Некоторые эксперты сравнивают нынешнее состояние квантовых информационных технологий по сравнению с классическими компьютеров в 1950-х годах, когда это было нелепое месиво из гигантских коробок, которые едва поспевали за калькуляторами. Например, квантовые Кубиты настолько нестабильны, что чувствительны к тепловому шуму материи, поэтому вычислительные ячейки охлаждаются жидким азотом.

Существуют и фундаментальные трудности: Поскольку у кубита есть определенная вероятность оказаться в состоянии 1 или 0, всегда существует вероятность ошибки. Чем больше кубитов в системе, тем больше общая вероятность того, что система даст неправильный ответ, поэтому зачастЕсли вам приходится выполнять несколько расчетов для одной и той же проблемы или одну и ту же проблему в нескольких компьютерах. Кроме того, в силу квантовой Если вам приходится делать много вычислений для одной и той же задачи или вычислять одну и ту же задачу на основе многих вычислений, ответ всегда будет содержать вероятность ошибки, это неустранимый фактор, хотя его можно свести к минимуму.

Не стоит забывать, что квантовые Технология все еще находится в зачаточном состоянии. Но уже сейчас многие готовы вкладывать в него деньги.

Квантовые перспективы

Инвестиции в квантовые Технология очень впечатляет.

В Японии Квантовый стратегический альянс для революции (Q-STAR) возглавляют такие финансовые гиганты, как Toyota Motor, Hitachi и NTT. К середине следующего года в стране планируется создать первый квантовый компьютер. К 2030 году японцы ожидают квантовую Технологией будут пользоваться 10 миллионов человек.

В США Alphabet, материнская компания Google, инвестирует в на квантовые миллиарды долларов на компьютерное оборудование с целью разработки коммерческого квантового компьютера, которые смогут выполнять крупномасштабные вычисления. Также в квантовую IBM, Intel, Microsoft и другие компании инвестируют в эту технологию. Существуют исследовательские группы, разрабатывающие и исследующие квантовых компьютеров, почти во всех крупных американских учреждениях.

В нашей стране ситуация настолько плоха, что, по оценкам Росатома, российские технологии в этой области отстают от международных разработок примерно на 7-10 лет. На форуме «Открытые инновации» Максим Паршин, заместитель министра Министерства топлива и энергетики РФ, пообещал немедленно ликвидировать этот пробел — по его словам, к 2024 году Россия представит примеры использования источников энергии. квантовых реальных расчетов с использованием запатентованного стека проектирования. Это позволит сократить отставание России в квантовых Технологическое отставание от ведущих стран (США и Китая) к 2025 году составит не более двух-трех лет. Но даже это слишком много.

Береги кошелек!

Так стоит ли бояться за свою криптовалюту? Извлечено из ли квантовый компьютер чтобы очистить его?

Исследователи из Сассекского центра для квантовых и Universal Quantum рассчитали количество физических кубитов, необходимых для взлома 256-битных ключей шифрования в сети Bitcoin с помощью эллиптической кривой.

Расчеты показали, что для взлома шифра за один час с помощью поверхностного кода потребуется 317 × 106 физических кубитов. Чтобы взломать шифр за один день, потребуется 13 × 106 физических кубитов. Для сравнения, крупнейший в мире квантовый компьютер В настоящее время IBM работает с 127 кубитами.

Так что у хакеров еще есть время. квантовых до появления хакеров.

OSINT — курс домашнего образования для чайников Зачем и для кого нужна работа с открытыми данными

OSINT (Open Source INTelligence) — это информация из открытых источников. Что это такое, кто и зачем Как он используется и для чего он может быть полезен.

Так в чем же разница между обычными и квантовым компьютером? Ведь обычный компьютер также работает с электричеством, а электричество — это совокупность очень маленьких частиц — электронов?

Пример реализации операции CNOT на зарядовых состояниях электрона в квантовых точках

Кубит можно представить как электрон на двухдырочном потенциале, так что — правильно. В зарядных устройствах это называется эллом. Общий вид квантового состояния такого электрона: ; она задается уравнением Шредингера вида \Psi=H\Psi» width=»» height=»» /> где гамильтониан &a\ &-a\\ &-a\ &a\end\right)» width=»» height=»» /> для некоторой константы >(|0\rangle+|1\rangle )» width=»» height=»» /> есть собственный вектор этого гамильтониана с собственным значением 0 (так называемое основное состояние), а >(|0\rangle-|1\rangle )» width=»» height=»» /> — Собственный вектор со значением переходит во времени, тогда для реализации НЕ (переход. Иными словами, врата создаются НЕ только физическим квантовой эволюция нашего кубита, при условии, что внешний потенциал имеет двухбоксовую структуру. квантовых точек.

Чтобы реализовать CNOT, два кубита (т.е. две пары ящиков) должны быть расположены перпендикулярно друг другу, и в каждый из этих ящиков должен быть помещен отдельный электрон. Тогда константа для первой (управляемой) пары ящиков зависит от состояния электрона во второй (управляемой) паре ящиков: Если он находится ближе к первой коробке, то он больше, если дальше, то меньше. Поэтому состояние электрона во второй паре определяет время появления НЭМ в первой яме, что в свою очередь позволяет нам выбрать нужную временной интервал для производства CNOT.

Эта схема является очень приблизительной и идеализированной; реалистичные схемы более сложны, и их реализация является вызовом для экспериментальной физики.

Заявления D-Wave

В феврале 2007 года канадская компания D-Wave объявила о создании образца квантового компьютера, состоящий из 16 кубитов (устройстпод названием Орион 16 17). устройстИнформация не соответствовала требованиям, предъявляемым к достоверным научным сообщениям, поэтому новость не была принята с научной точки зрения. Кроме того, дальнейшие планы по созданию образца на 1024 кбит в ближайшем будущем вызвали скептицизм среди членов компании относительно возможности создания образца на 1024 кбит в ближайшем будущем. компьютер — вызвало скептицизм среди экспертов18 .

В ноябре 2007 года компания D-Wave разместила прототип 28 компьютера (устройстпо имени Леда) в режиме онлайн на конференции по суперкомпьютерам 19. Эта демонстрация также вызвала скептическое отношение.

В январе 2008 года компания привлекла 17 миллионов долларов США от международных инвесторов для поддержки разработки продукции, операционной деятельности и развития бизнеса. 20

В декабре 2008 года компания запустила проект распределенных вычислений [email protected] (A diabatic QU antum A lgorithms),21 в рамках которого разрабатывались алгоритмы для оптимизации вычислений в адиабатической сверхпроводящей среде. квантовых компьютерах Волна D.

8 декабря 2009 года ученый Google Хартмут Невен продемонстрировал на конференции NIPS. на компьютере Программное обеспечение D-Wave для распознавания образов. 22

Чтобы узнать больше о компании D-Wave Systems Inc, ее исследованиях и последних результатах, посетите блог соучредителя Джорди Роуза.

11 мая 2011 года был выпущен D-Wave One с памятью 128 КБ. компьютер D-Wave One, на базе процессора 128 кб. 24

По состоянию на 20 мая 2011 года компания D-Wave Systems продает D-Wave One за 11 долларов. млн квантовый компьютер D-Wave One со 128-битным чипсетом, который выполняет только одну задачу — дискретную оптимизацию. 25 Компьютер находится в кампусе Института компьютерных наук Университета Южной Калифорнии в Марина-дель-Рей. Его рабочая температура составляет 20 мкС, компьютер хорошо экранированы от внешних электрических и магнитных полей. 26 27

В общем случае системы с L кубитами, она имеет 2 L классических состояния (00000…(L-ноль), …00001(L-цифра), …., 11111…(L-единиц)), каждая из которых может быть измерена с вероятностью 0-100%.

Что же такое квантовый компьютер?

Это компьютер, Использование кубитов вместо классических битов (двоичных переменных, единиц и нулей) — ситуации квантовой двухуровневой системы. В отличие от битов, кубиты могут находиться в состояниях 0, 1 и в суперпозиции 0 и 1.

— Помните мысленный эксперимент с котом Шредингера? Пока мы не откроем коробку, кошка внутри будет «живой» и «мертвой» одновременно. Состояние кота в коробке называется суперпозицией.

Суперпозиция позволяет нам квантовым компьютерам для выполнения параллельных, а не последовательных вычислений, что ускоряет некоторые алгоритмы на порядок. И чем больше взаимосвязанных кубитов в нашем процессоре, тем больше информационное преимущество. квантового компьютера по сравнению с классической технологией, тем мощнее и быстрее.

— В отличие от классического компьютерныбиты и транзисторы, кубиты обычно требуют отдельных квантовых системы с дискретными энергетическими уровнями и индивидуальными квантов возбуждений.

Кубиты могут быть реализованы, например, с помощью охлажденных атомов в ловушках, дефектов в нанокристаллах алмаза или сверхпроводящих петель. Последние в настоящее время считаются наиболее перспективными для создания квантовых компьютеров, потому что куб сверхпроводящей цепи — это, по сути, почти макроскопический объект, микрометрового размера, манипулируемый и массово производимый.

Сверхпроводящие кубиты можно изготавливать с помощью существующих методов литографии и устанавливать на чипы, не опасаясь, что они куда-то убегут, как атомы. В 2015 году, например, Министерство образования и науки сообщило о создании кубитов из четырех джозефсоновских переходов в одномикронной «петле»: «Контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных диэлектрическим слоем (оксид алюминия) толщиной около 2 нанометров. Кбит был напечатан с использованием методов электронной и фотолитографии. Процесс очень увлекателен и подробно описан создателями в их блоге.

Существуют ли настоящие квантовые компьютеры?

— Это уже здесь, и это вполне реально. Их покупают и продают. Канадская компания D-Wave продает процессоры с несколькими сотнями кубитов и более с 2011 года. Одним из покупателей является аэрокосмическая компания Lockheed Martin, которая приобрела один из первых 128-кубитных процессоров за 11 миллионов долларов. устройство с 2000 кубитов.

Именно так, на столе каждой семьиквантовый компьютер это ящик высотой три метра и стоимостью 15 миллионов долларов, который холоднее космоса и нагревается до 2 725 градусов Кельвина или -270 425 градусов Цельсия излучением от останков. Компьютер D-Wave работает при температуре -273 градуса Цельсия, в то время как средняя температура черного тела на орбите Земли составляет +4 градуса Цельсия — onliner.by. И даже если у нас есть сомнения в истинности квантовости компьютера «D-Wave» полезен только для отдельных специальных задач.

В начале прошлого года компания D-Wave опубликовала устройств котором 2000 кубитов, который работает при температуре -273 градуса Цельсия.

В некоторых случаях это задачи по оптимизации функции стоимости в соответствии с принципом квантового отжиг. Например, компания Google позволила такому алгоритму достичь скорости в 100 миллионов раз большей, чем у обычных алгоритмов. компьютером.

А прошлым летом команда физиков под руководством профессора Гарварда и сооснователя российского квантового Михаилу Лукину удалось создать 51-битный квантовый компьютер для моделирования квантовых систем, то есть квантовый симулятор. «Наш симулятор имеет довольно хорошую когерентность и достаточное количество кубитов, но все это есть и в других системах. Главное, что нам удалось создать систему с высоким уровнем программирования», — сказал РБК Михаил Лукин. Квантовый симулятор, по словам американского ученого Кристофера Монро, представляет собой нечто, что может быть запрограммировано на выполнение только определенного типа задач и в конечном итоге превратиться в универсальный квантовый компьютер, когда становится возможным произвольное программирование симулятора. Михаил Лукин отмечает, что на данном этапе исследования граница между компьютером а симулятор очень размыт.

В октябре прошлого года Intel объявила о выпуске экспериментального 17-кубикового квантового процессор. Разработчики утверждают, что реализовали новую архитектуру, которая улучшает надежность, температурные характеристики и изоляцию от шума благодаря тому, что кубиты работают вместе.

Работа продолжается. Еще в середине прошлого века ученые предполагали, что пяти будет достаточно для всего мира. компьютеров, Поэтому хорошо, что в этом веке количество рабочих мест будет расти, а для их производства появятся эффективные и масштабируемые технологии. для квантовых компьютеров и что для их производства могут быть найдены эффективные и масштабируемые технологии. Тем временем, есть несколько отправных точек для взаимодействия.

Что останавливает торжество квантовых компьютеров?

— Конечно, было бы неплохо, если бы удалось сделать компактное и недорогое многофункциональное устройство. квантовый процессор, который не хуже классического процессора справляется с любой задачей и может быть использован в смартфоне. Но, к сожалению, технологические препятствия на данный момент слишком велики. Квант является хрупким. Окружающий нас мир постоянно подталкивает квантовое и он не в фокусе.

Представьте себе, что вы пытаетесь сохранить неподвижность маленького шарика в большой чаше, в то время как вас и чашу в ваших руках постоянно и быстро толкают в разные стороны. Шар остается в чаше, его расстояние от ваших глаз более или менее постоянно, но его положение постоянно меняется, колеблется и расплывается перед вашими глазами.

На научном жаргоне это называется «деагглютинация». Для многих кубитов такой фазовый шум является настоящей катастрофой, быстро изменяя квантовому компьютеру. Он загоняет квантовое состояние в классическое состояние, тем самым разрушая суперпозицию. Мы должны изолировать себя и не позволять внешнему миру влиять на наши кубиты. Один из выходов — заморозить среду путем переохлаждения, как в D-Wave. Отсюда и размер в три метра, и высокая цена — хотя сам процессор размером с ноготь.

Однако в настоящее время интенсивно разрабатываются другие процессорные платформы для квантового платформы для обработки, например, несовершенства в нанокристаллах алмаза, которые могут сохранять свою консистенцию при комнатной температуре.

В последние годы мировые технологические гиганты включились в гонку, чтобы мы могли придумать интегрированный квантовый компьютер. Если не на столе в гостиной, то уж точно в университетской лаборатории.

Читайте также:

Наш Telegram-канал. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте онлайн-чат и пишите нам по Viber!

Воспроизведение текстов и фотографий Onliner.by не допускается без разрешения редакции. [email protected]

Оцените статью
Uhistory.ru