Научно-технический совет Фонда перспективных исследований (ФПИ) утвердил проект под названием «Оптические системы квантовых вычислений».

Инициатива предусматривает создание демонстраторов квантовых компьютеров на основе нейтральных атомов и интегральных оптических схем. Предполагается, что такие системы в перспективе обеспечат колоссальное увеличение быстродействия при выполнении определённых задач по сравнению с традиционными компьютерами.

В рамках российского проекта планируется разработка квантового компьютера, который будет насчитывать 50 кубитов, или квантовых битов. Считается, что такая система сможет продемонстрировать превосходство над классическими вычислительными платформами. Дело в том, что в отличие от традиционных битов, представляющих ноль или единицу, кубиты могут находиться в суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей. Это позволяет наращивать число обрабатываемых одновременно значений в геометрической прогрессии.

Проект будет выполнять кооперация организаций во главе с Московским государственным университетом имени М.В. Ломоносова, включающая Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе РАН, Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Н.Л. Духова, Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана.

Отмечается, что решение практически значимых задач требует реализации регистра из 500–2000 полносвязных кубитов, при этом точность операций с кубитами должна превосходить 99,999 %. Появление таких систем ожидается в 2025–2030 гг. 

Международная группа учёных из России, Великобритании и Германии создала альтернативную конструкцию сверхпроводникового кубита — основы квантовых компьютеров.

Напомним, что квантовые вычислительные системы оперируют квантовыми битами, или кубитами. Они могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы. Поэтому с ростом количества использующихся кубитов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. А это обеспечивает колоссальную производительность при решении задач определённых типов.

Как теперь сообщается, исследователям удалось создать принципиально новый кубит, основанный не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нано-проволоке. В работе приняли участие отечественные специалисты из Российского квантового центра, НИТУ «МИСиС», МФТИ и Сколтеха, а также их коллеги из Университета Лондона и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (Великобритания), Университета Карлсруэ и Института фотонных технологий (Германия).

Новый кубит основан на эффекте квантового проскальзывания фазы — контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (около 4 нм) нано-проволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление.

Ожидается, что новое решение по сравнению с «обычными» кубитами обеспечит не меньшую (а, возможно, даже большую) функциональность и при этом будет гораздо более простым в изготовлении. Подробнее об изысканиях учёных можно узнать здесь. 

Группа исследователей Microsoft из Делфтского технического университета в Нидерландах провела эксперимент, результаты которого помогут в создании квантового компьютера, превосходящего по точности современные решения в десятки тысяч раз.

Специалисты экспериментально подтвердили существование фермиона Майораны. Он уникален тем, что является собственной античастицей и одновременно обладает свойствами полупроводника и суперпроводника. Существование таких частиц впервые рассмотрел итальянский физик Этторе Майорана в 1930-х годах.

Кубиты (квантовые биты) вычислителя, построенного на основе названных частиц, как ожидается, будут менее подвержены внешним влияниям и смогут давать более точные результаты, а значит, показывать большую производительность.

Если учёные преуспеют в создании работающих кубитов на основе фермиона Майораны, то рано или поздно клиенты Microsoft смогут пользоваться ресурсами квантового компьютера через облачную платформу Azure.

Предполагается, что системы нового типа смогут с высочайшей производительностью решать определённые задачи. Это, в частности, расчёты, связанные с криптографией, поиском новых лекарственных препаратов и пр. 

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) предлагают использовать «забытый» материал в качестве основы для высокоскоростного квантового Интернета.

Речь идёт о формировании абсолютно защищённых квантовых каналов передачи данных, которые невозможно прослушать незаметно для отправителя и получателя. Безопасность в таких сетях будет обеспечиваться законами квантовой физики. Дело в том, что невозможно создать копию неизвестного квантового состояния без изменения оригинала. Иными словами, о любом вмешательстве в канал связи моментально становится известно, и незаметно украсть информацию не выйдет.

Передавать данные лучше всего с помощью квантов света — фотонов, несущих квантовые биты. Однако сложность заключается в формировании системы, подходящей для практического использования. К примеру, квантовые точки хорошо работают только при очень низких температурах (около минус 200 °C), а ультрасовременные двумерные материалы, такие как графен, просто не могут часто излучать фотоны при электрическом возбуждении.

МФТИ

Учёные МФТИ предлагают решить проблему за счёт использования уже забытого сегодня в оптоэлектронике материала — карбида кремния. Исследователи показали, как усовершенствовать карбид-кремниевый однофотонный светодиод, чтобы повысить скорость излучения фотонов до нескольких миллиардов в секунду. Это позволяет увеличить до более чем 1 Гбит/с скорость передачи информации по абсолютно защищённому каналу и сделать квантовый Интернет таким же быстрым, как классический.

Подробнее об изысканиях физиков можно узнать здесь. 

Российские исследователи намерены создать многокубитный квантовый компьютер за пять лет. Об этом сообщает газета «Известия», ссылаясь на информацию, полученную от Фонда перспективных исследований (ФПИ).

В прошлом месяце, напомним, в РФ был сформирован консорциум для создания квантового компьютера будущего. В него вошли ФПИ, Внешэкономбанк, МГУ имени М.В.Ломоносова, компания «ВЭБ Инновации» и АНО «Цифровая экономика». Речь идёт о разработке оптического квантового симулятора на базе двух основных технологий реализации квантовых вычислителей: на основе фотонных чипов и нейтральных атомов.

Сотрудничество между организациями — членами консорциума будет направлено на координирование научно-технических задач, внедрение результатов проектов, а также на развитие научно-исследовательской и технологической инфраструктуры для решения задач, связанных с развитием технологии квантовых вычислений.

Как рассказали в ФПИ, проектируемый квантовый компьютер будет насчитывать 50 кубитов, или квантовых битов. В отличие от традиционных битов, представляющих ноль или единицу, кубиты могут находиться в суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей. Таким образом, с ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии.

Отмечается, что инвестиции в новый проект составят около 900 млн рублей. Вместе с квантовым компьютером будут создаваться новые алгоритмы для решения конкретных задач.

«Без соответствующего математического обеспечения квантовый компьютер не будет иметь практической значимости. Создание квантовых алгоритмов позволит говорить о принципиально новом качестве решения таких задач большой вычислительной сложности, как моделирование интеллектуальных способностей человека, оптимальное распределение транспортных и логистических потоков, прогнозирование погоды, и других», — говорят специалисты. 

В России сформирован консорциум для создания многокубитного квантового компьютера, который станет одним из самых мощных в мире устройств данного типа.

Квантовые компьютеры состоят из элементарных вычислительных элементов, квантовых битов (кубитов). Если классические биты могут находиться только в двух состояниях (ноль или единица), то кубиты могут находиться в суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей.

В проекте по созданию многокубитного квантового компьютера примут участие Внешэкономбанк, «ВЭБ Инновации», Фонд перспективных исследований, МГУ имени М.В.Ломоносова и АНО «Цифровая экономика».

Специалисты займутся разработкой оптического квантового симулятора на основе фотонных чипов и нейтральных атомов. Основными направлениями сотрудничества в рамках соглашения станут обеспечение ресурсной поддержки реализации проекта, координирование научно-технических задач и содействие внедрению полученных результатов.

Кроме того, в рамках реализации проекта будет обеспечено развитие необходимой научно-исследовательской и технологической инфраструктуры, а также проведение консультаций, рабочих встреч и других мероприятий для постановки и выполнения прикладных задач в сфере квантовых технологий.

Новая система будет насчитывать не менее пятидесяти кубитов. Такой компьютер сможет решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Вычислительные комплексы нового типа могут быть использованы, например, при моделировании передовых промышленных материалов и создании лекарственных препаратов следующего поколения. 

Не столь давно корпорация Intel совершила очередной шаг в деле освоения квантовых вычислений. Она выслала рабочий образец экспериментального 17-кубитного процессора европейскому партнёру QuTech. Эта исследовательская команда работает в старейшем и крупнейшем техническом университете Нидерландов, расположенном в городе Делфт. Сотрудничество с Делтфским техническим университетом длится уже 10 лет и вложено в него $50 миллионов. Первый квантовый процессор Intel должен помочь учёным в достижении новых вех в области квантовых вычислений.

Джим Кларк (Jim Clarke), глава отдела квантовых вычислений Intel держит в руках образец чипа

17 кубитов по меркам квантовых процессоров это довольно много. Хотя D-Wave и хвасталась созданием 2048-кубитного чипа ещё в 2014 году, о связности всех кубитов речи не шло. А в настоящее время считается, что для превосходства квантовых вычислений над обычными в ряде задач соответствующие процессоры должны достичь связанности в районе 50 кубитов. То есть, по сути, Intel осталось повысить связность своего квантового процессора всего в три раза. Для сравнения, ранние образцы квантовых процессоров оперировали куда меньшим количеством кубитов  — от трёх до семи, что не позволяло выполнять на них сколько-нибудь серьёзные задачи, хотя сама возможность квантовых вычислений и была успешно доказана.

Так выглядел якобы 2048-кубитный процессор D-Wave

Квантовые вычисления любят тишину и холод — для нормальной работы кубитов требуется температура порядка 20 милликельвин. Это очень недалеко от абсолютного нуля. Новый чип имеет оптимизированную архитектуру, в нём существенно снижено взаимное влияние кубитов друг на друга в радиодиапазоне. В сравнении с решениями других исследователей, интерфейс чипа Intel позволяет использовать в 10‒100 раз больше сигналов. Скорее всего, «квантовое превосходство» будет достигнуто уже через пару лет, но по-настоящему мощные квантовые вычислительные системы пока являются делом отдалённого будущего, поскольку в них потребуется обеспечение связности тысяч или даже миллионов кубитов.

Исследователи из России и США создали первый в мире 51-кубитный квантовый компьютер, о чём сообщают сетевые источники, ссылаясь на информацию, полученную от Российского квантового центра (РКЦ).

Квантовые компьютеры состоят из элементарных вычислительных элементов, квантовых битов — кубитов. Если классические биты могут находиться только в двух состояниях (ноль или единица), то кубиты могут находиться в суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей. Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров.

Сообщается, что физикам удалось сформировать первый программируемый квантовый компьютер на базе 51 кубита. Как сообщает сетевое издание «РИА Новости», учёные выяснили, что набор атомов, удерживаемых внутри специальных лазерных «клеток» и охлаждённых до сверхнизких температур, можно использовать в качестве кубитов квантового компьютера, сохраняющих стабильность работы при достаточно широком наборе условий.

Именно это и позволило физикам создать самый мощный квантовый вычислитель из 51 кубита. Исследователи говорят, что с помощью подобных систем можно выполнять задачи, для решения которых классическим компьютерам потребовались бы миллиарды лет.

Добавим, что Российский квантовый центр в июне 2016 года запустил первую в России квантовую сеть на обычном городском оптоволоконном канале — 30-километровая линия связала два отделения «Газпромбанка» в Москве. Позднее было объявлено о создании многоузловой гетерогенной квантовой сети передачи данных, где используются одновременно два метода кодирования информации. 

Российский квантовый центр при поддержке Московского физико-технического института (МФТИ) организует конференцию по квантовым технологиям.

Мероприятие пройдёт с 12 по 16 июля. Генеральным партнёром является Сбербанк России. Ожидается, что в конференции примут участие более 100 экспертов из различных областей физики. Основные направления: сверхпроводимость, квантовая оптика, ультра-холодные атомы и молекулы, плазмоника, фотоника, оптомеханика и др.

В рамках мероприятия также пройдёт открытая лекция ведущего учёного Джона Мартиниса, руководителя проекта компании Google по созданию квантового компьютера.

Специалисты отмечают, что квантовые компьютеры будут способны решать задачи, недоступные даже для самых мощных классических компьютеров. Появление таких систем — дело ближайших десяти лет. Сегодня квантовые вычислительные машины создают многие страны и крупные корпорации, в частности, IBM и Google.

Соответствующие технологии развиваются и в нашей стране. Так, Российский квантовый центр в июне 2016 года запустил первую в России квантовую сеть на обычном городском оптоволоконном канале — 30-километровая линия связала два отделения «Газпромбанка» в Москве. А в мае нынешнего года специалисты построили и испытали первую в России многоузловую гетерогенную квантовую сеть передачи данных, где используются одновременно два метода кодирования информации, что позволяет приспособить квантовые методы защиты к существующим криптографическим платформам. Наконец, недавно Российский квантовый центр запустил первый в мире квантовый блокчейн. 

Российский квантовый центр (РКЦ) впервые в мире опробовал на практике технологию так называемого «квантового блокчейна» — защищённого методами квантовой криптографии способа распределённого хранения и верификации финансовых, коммерческих и других данных.

Блокчейн — децентрализованная распределённая база данных, которую невозможно взломать, поскольку её копии хранятся на миллионах компьютеров по всему миру. Система, в частности, используется как хранилище информации об операциях с криптовалютами, такими как биткоин. Каждая сделка с криптовалютой записывается в файл — «блок», который удостоверяется с помощью цифровых подписей сторон. На основе данных о сделке с помощью сложных (несимметричных) математических операций вычисляется идентификатор операции, и блок дописывается в конец цепочки из предыдущих блоков. Копии этой цепочки хранятся на компьютерах всех участников системы, и поменять их везде невозможно.

Технология блокчейна позволяет обойтись без громоздкой централизованной структуры верификации и управления данными. Но существуют опасения, что в будущем махинации с этой системой станут возможны благодаря появлению принципиально новых вычислительных платформ — квантовых компьютеров. Поэтому исследователи уже сейчас ищут подходящие средства защиты: одним из них может стать квантовая криптография, которая позволяет защитить целостность данных в блокчейнах.

Российские исследователи разработали платформу блокчейна, в рамках которой можно использовать квантовое распределение ключей, то есть квантовую криптографию. При определённых конфигурациях сети это позволяет отказаться от элементов блокчейна, которые уязвимы к атакам с помощью квантового компьютера.

Предложенное решение уже протестировано на гетерогенной сети квантовых коммуникаций, созданной РКЦ с использованием линий «Газпромбанка». Подробнее об изысканиях учёных можно узнать здесь.