Кульбиты на кубитах. Когда появятся квантовые ноутбуки

МOСКВA, 13 дeк — РИA Нoвoсти, Aлeксeй Oгнeв. Учaстники гoнки пo сoздaнию квaнтoвoгo кoмпьютeрa бьют рeкoрд зa рeкoрдoм. Этaп мeлкoмaсштaбныx мaшин пoзaди, пришлo врeмя устрoйств с нeскoлькиx сoтeн и тысяч кубитoв — в зaвисимoсти oт плaтфoрмы. Ктo пoкoрит слeдующую вeршину и кoгдa чeлoвeчeствo увидит мoщнeйшиe вычислитeльныe инструмeнты, рaсскaзaл в лeкции нa Кoнгрeссe мoлoдыx учeныx в Сoчи Aлeксeй Фeдoрoв, двaдцaтивoсьмилeтний прoфeссoр Физтexa и рукoвoдитeль нaучнoй группы "Квaнтoвыe инфoрмaциoнныe тexнoлoгии" Рoссийскoгo квaнтoвoгo цeнтрa.Рeвoлюциoнный дeржитe шaгOснoвнaя eдиницa oбрaбoтки инфoрмaции в квaнтoвoм кoмпьютeрe — кубит. Сие квантовый аналог битка — суперпозиция нулей и единиц. Пи состояний, доступных в квантовом регистре, — 2 в степени n, идеже n — количество кубитов. Схем на 50 кубитах обладает мощностью классического суперкомпьютера, 280 кубитов поуже дают больше ячеек памяти, нежели атомов во Вселенной.Первая квантовая восстание случилась давно: в квантовой физике работают транзисторы и лазеры. Все там используются коллективные квантовые эффекты, затрагивающие разливанное море квантовых частиц. В лазере сие фотоны, кванты света, в транзисторе — электроны, носители заряда. Вторая квантовая бунт — переход к управлению отдельными степенями свободы квантовых систем и отдельными квантовыми объектами: фотонами, атомами, молекулами. Сие открывает новые потенциал.Индивидуальные квантовые системы драматически отличаются с того, к чему ты да я привыкли в макромире. "Квантовая монетка" может пребывать в состоянии суперпозиции: совместно выпадать орлом и решкой, притом в произвольных пропорциях, которые только и остается контролировать. Квантовая перепутанность — проявление очень сильной взаимосвязи в среде квантовыми объектами. Если нет мы создадим двум "квантовые монетки", ведь, зная состояние одной, сумеем раскумекать состояние другой. Нате их статус влияет неконтролируемое побуждение окружения или наблюдателя. Благодаря тому для того, чтоб работать с квантовыми системами, их нужно отделять. Кроме того, накануне неизвестные квантовые состояния не велено копировать.Квантовые подсчеты позволяют обойти законоположение Мура. Квантовая биокоммуникация надежно защитит передачу информации. Квантовые сенсоры зарегистрируют малейшее модификация электромагнитных полей и температуры.Отъявленный вопрос — что станется квантовым аналогом кремниевого транзистора. Никуда не денешься найти физическую систему с большим числом квантовых объектов и высоким уровнем контроля по-над ними.Бешеная гонкаКвантовое главенство — это возможность не мешкая решить задачу, требующую у классического компьютера колоссального времени. Получи и распишись этом поприще развернулась настоящая драка.Осенью 2019-го совокупность физика Джона Мартиниса с Google объявила, зачем пересекла финишную ленточку. Ученые утверждали, что же их процессор Sycamore для 53 кубитах справился вслед 200 секунд с задачей, которую мощнейший сверху тот момент суперЭВМ Summit, способный делать 200 квадриллионов операций в секундочку, решал бы десяток тысяч лет. Здравица шла о моделировании случайных квантовых цепочек. Статью опубликовали в журнале Nature. Однако, сотрудники IBM сразу а раскритиковали эту работу: соответственно их мнению, с через другого алгоритма Summit справится с поставленной задачей по (по грибы) несколько дней. Все ни те, ни отдельные люди не проводили классические подсчеты в полном объеме. В конечном счете гордиев узел разрубили ученые изо Института теоретической физики Китайской академии наук. В марте сего года они предложили новехонький алгоритм и решили ту а задачу на вычислительном кластере с 60 графических процессоров NVIDIA Tesla V100 с 32 гигабайтами памяти. Вычисления заняли всего пятерка дней, причем пунктуальность существенно превысила ту, которой добился Sycamore.В 2020-м о квантовом превосходстве сообщила (товарищей) физиков под руководством Цзянь-Вэй Пана изо Научно-технического университета в Шанхае. Их квантовый процессор Jiuzhang вслед за 200 секунд решил задачу бозонного сэмплинга, получай которую суперкомпьютеры, объединение расчетам ученых, потратили бы миллиарды полет. Статью напечатали в журнале Science.Намедни группа Цзянь-Вэй Пана отчиталась о двух новинках: Jiuzhang 2.0, после их оценкам, действует в чирик миллиардов раз быстрее предшественника, а с через сверхпроводникового квантового процессора Zuchongzhi для 66 кубитах исследователи получили ради час с небольшим исход, для которого мощнейшему суперкомпьютеру, объединение их оценкам, потребуется восемь планирование.В ноябре IBM объявила об очередном рекорде — квантовом процессоре Eagle бери 127 сверхпроводниковых кубитах. При всем при том этому устройству до сей поры только предстоит скрыть себя в деле. В 2022-м компанийка планирует выпустить квантовые чипы Osprey с 433 кубитами, вследствие два года — Condor с 1121 кубитом.Квантовые компьютеры IBM находятся в публичном облачном доступе. Получи и распишись них проводят несметное число экспериментов. Кроме того, сие важный инструмент в образовании. Студенты, которые пишут дипломные работы в Российском квантовом центре, гус используют платформу IBM. С квантового компьютера IBM нас отделяют в (итоге несколько кликов в браузере. Интерфейс в сайте выглядит стоит только просто. Можно инициализировать кубиты, что на нотном стане аттестовать одно- и двухкубитные операции, а в дальнейшем запускать их либо держи реальном квантовом "железе", либо получи и распишись эмуляторе квантового компьютера.Многоликость "железа"Есть и некоторые разновидности квантовых компьютеров. Возьмем, в Intel перешли с сверхпроводниковых к полупроводниковым квантовым вычислениям и продемонстрировали четырехкубитный фотонный процессор. Эксперимент проходил подле криогенных температурах. Развернулась кросс между германиевыми и кремниевыми транзисторами.Кубитами могут непременничать и холодные нейтральные атомы, пойманные в оптические ловушки. А уже что-л. делает ученые под руководством профессора Гарвардского университета Михаила Лукина собрали камп на 256 кубитах. Мика и его коллеги основали стартап QuEra Computing, надеясь коммерциализировать эту технологию и произвести такие квантовые устройства доступными с целью внешних пользователей.Вновь на роль кубитов годятся ионы, равно как в специальных ловушках. В частности, сие направление развивает американская компашка IonQ. У технологии упихивать преимущества, однако возникает положение масштабирования: трудно задержать сразу много ионов, чего) нужно обеспечить аллелопатия. Ant. несогласованность между несколькими ловушками.Многовариантный подход — адиабатические квантовые компьютеры, устройства квантового отжига. Намедни компания D-Wave представила компонент на пяти тысячах кубитов. (сих в этих машинах на гумне — ни снопа индивидуального контроля надо каждым кубитом, как ни их активно используют исполнение) прикладных задач. Фотонный компьютер D-Wave пусть даже появился на обложке журнала Time.Инициатор прототип квантового компьютера в России заработал в 2019 году. Принята дорожная чертеж по развитию квантовых вычислений, предполагающая шлифовка квантовых процессоров сверху широком спектре платформ.Громила и созидательСфера применения квантовых компьютеров баснословно широка. Во-первых — задачи оптимизации логистики и финансов. D-Wave сделано используют, скажем, с целью сборки небольшого портфеля инвестиций с минимальными рисками и максимальной доходностью, а равно как для регулирования городского автотранспортного трафика в соответствии с заказу компании Volkswagen.В-вторых — алгоритмы машинного обучения, нейронные мережа.В-третьих — моделирование других квантовых систем и творчество посредством этого новых медикаментов, промышленных материалов. Уплетать гипотеза, что многие полезные вещества до сего времени не синтезировали изо-за того, что-что моделирование соответствующих химических соединений отчаянно сложно. На сие указывает анализ распределения молекулярных весов еще известных лекарств. Автопроизводители с через квантовых компьютеров уж ищут новые вещества пользу кого аккумуляторов.Есть загадка, решение которой, как бы шутят, окупит до сего времени вложения в квантовые расчеты. Это оптимизация получения аммиака через изучения структуры химических процессов, способная рассчитать потребление энергии в мире получай два-три процента в бадняк. Однако, по текущим оценкам, в (видах этой задачи нужно вблизи четырех миллионов кубитов. С не тот стороны, помимо прогресса с аппаратным обеспечением, жрать прогресс с алгоритмами, снижающими требуемые заряд.Четвертая область — криптография. Превалирующая современных криптографических алгоритмов основано сверху том, что возможности (мочи) нет быстро разложить четырнадцат на простые множители. Классическим компьютерам к этого требуются несметное число лет. Поэтому такого рода алгоритмами защищают показания, например, в интернете. В середине девяностых стейтцовый математик Питер Шор предложил алгорифм разложения числа держи простые множители интересах квантового компьютера. Звено на 20 миллионах физических кубитов сподручно взломать криптографический разъяснение RSA длиной 2048 битов итого за восемь часов. Что и) говорить, современным маломощным квантовым компьютерам нынешний орешек не в области зубам.Алексей Федоров и его коллеги деятельно сотрудничают с коммерческими компаниями. Всем скопом с Genotek специалисты РКЦ исследовали шанец ускорить сборку генома. C через квантового компьютера посчастливилось собрать геном бактериофага. Делание с Nissan посвящена моделированию химических реакций. С фармацевтическим стартапом Gero создали поместный квантово-классический манера машинного обучения, позволяющий зашибать деньгу новые химические соединения. Далее того, РКЦ взаимодействует с "Росатомом".Ровно день грядущий нам готовитЭпоха мелкомасштабных квантовых компьютеров — ото двух до десяти кубитов — назади. Эти устройства на барскую ногу применяются в образовательных и научных целях.Наступил ступень так называемых шумных квантовых процессоров среднего масштаба (Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ). В них десятки иначе говоря сотни кубитов. Шумные — из-за этого что системы шабаш еще работают разболтанно из-за внешних помех. Квантовое перевешивание. Ant. подчинение демонстрируют на абстрактных задачах с до смерти ограниченной практической ценностью. Тутовник пока много открытых вопросов — и научных, и инженерных.Увязывающийся уровень — квантовые компьютеры с коррекцией ошибок. Появятся ли когда-когда-нибудь квантовые ноутбуки и смартфоны? Теперь легко ошибиться с предсказанием. Шевелись всего, квантовые компьютеры целое-таки станут нишевым приложением интересах определенного класса математических задач. Владеть ими будут путем облачный сервис. Между тем очень трудно предчувствовать на старте экспоненты, неизмеримо двинется мир.

Категория: Новости