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.

Группа японских и китайских учёных провела серию экспериментов, которые говорят о перспективе переноса квантовых явлений на аккумуляторы. Такие батареи будут работать вне привычной причинно-следственной логики, и обещают превзойти классические химические элементы при накоплении электрической энергии и даже тепла.

Источник изображений: Chen et al. CC-BY-ND

Многим наверняка известно, что при покупке некоторых недорогих аккумуляторов китайского производства логику тоже можно смело отключать. Но учёные из Токийского университета и Пекинского исследовательского центра вычислительных наук по-настоящему заинтересовались возможностью квантовых явлений в аккумуляторах. Интересно, что проблемой занялись специалисты в сфере информационных технологий, а не материаловеды. И немудрено, затронутая проблематика тесно связана с квантовой природой информации или, по крайней мере, в значительной степени её касается.

По мнению учёных, квантовые аккумуляторы могут найти применение в различных портативных устройствах с низким энергопотреблением, особенно когда возможностей для подзарядки недостаточно. На это были нацелены первые опыты, и они увенчались успехом.

Одно из открытых преимуществ квантовых батарей заключается в том, что они должны быть невероятно эффективными, но это зависит от способа их зарядки.

«Современные батареи для маломощных устройств, таких как смартфоны или сенсоры, обычно для накопления заряда используют химические вещества, такие как литий, тогда как квантовая батарея использует микроскопические частицы, такие как массив атомов, — поясняют исследователи. — В то время как химические батареи подчиняются классическим законам физики, микроскопические частицы имеют квантовую природу, поэтому у нас есть шанс изучить способы их использования, которые искажают или даже ломают наши интуитивные представления о том, что происходит в малых масштабах. Нас особенно интересует то, как квантовые частицы могут нарушать одно из наших самых фундаментальных ощущений — восприятие времени».

Учёные провели серию экспериментов со способами зарядки квантовой батареи с использованием оптических устройств, таких как лазеры, линзы и зеркала. Представленная выше схема лабораторной установки была далека от чего-либо, напоминающего привычный аккумулятор. В конечном итоге удалось добиться зарядки батареи способом, который потребовал проявления квантового эффекта вне повседневной логики. Заряд проходил в состоянии квантовой суперпозиции, когда условно два зарядных устройства одновременно заряжали один аккумулятор. В обычной жизни нужно было заряжать аккумулятор сначала одним, затем подключать другое зарядное устройство, а первое отключать. Опыт показал, что с учётом квантовых явлений обе зарядки могут работать одновременно.

Более того, эксперимент подтвердил явную абсурдность процесса. Оказалось, что маломощное зарядное устройство быстрее и эффективнее заряжает аккумулятор, чем более мощное.

Феномен неопределенного причинно-следственного порядка или ICO, который исследовала команда, может найти применение не только для зарядки нового поколения маломощных устройств. Лежащие в их основе принципы, включая раскрытый здесь эффект обратного взаимодействия, могут улучшить выполнение других задач, связанных с термодинамикой или процессами, которые включают передачу тепла. Одним из многообещающих примеров являются солнечные панели, где тепловые эффекты могут снизить их эффективность, но вместо этого можно использовать ICO, чтобы смягчить этот негативный эффект и привести к повышению эффективности.

Физики из Университета Регенсбурга нашли способ манипулировать квантовым состоянием отдельных электронов с помощью микроскопа с атомным разрешением. Результаты исследования опубликованы в известном журнале Nature. Потенциально это будет иметь огромное значение для квантовых вычислений.

Художественная иллюстрация интеграции электронного спинового резонанса в атомно-силовую микроскопию. Источник изображения: Eugenio Vázquez

Как известно, мир вокруг нас состоит из молекул. Молекулы настолько крошечны, что даже пылинка содержит их бесчисленное множество. Тем удивительнее, что в настоящее время появилась возможность с высокой точностью изучать не только молекулы, но даже атомы из которых они состоят с помощью микроскопа. Новейшее изобретение физиков получило название «атомно-силовой микроскоп». В отличие от оптического микроскопа, атомно-силовой работает на других принципах: работа его основана на чувствительности мельчайших сил между наконечником устройства и исследуемой молекулой. При таком подходе к исследованию можно получить «изображение» внутренней структуры молекулы. Тем не менее, наблюдая таким образом за молекулой, нельзя с уверенностью утверждать, что способ позволяет узнать все её свойства. Например, сейчас очень сложно определить, из каких атомов состоит молекула.

К счастью, существуют и другие инструменты, позволяющие определить состав молекул. Один из таких способов — электронный спиновый резонанс, который основан на тех же принципах, что и магнитно-резонансный томограф в медицине. Однако при электронном спиновом резонансе для получения сигнала, достаточно мощного для обнаружения, обычно требуется бесчисленное количество молекул. Таким образом, нельзя получить доступ к свойствам каждой молекулы, а только к их среднему значению.

Исследователи из Университета Регенсбурга под руководством профессора доктора Яши Реппа (Jascha Repp) из Института экспериментальной и прикладной физики теперь интегрировали электронный спиновый резонанс в атомно-силовую микроскопию. Следует особо отметить, что электронный спиновый резонанс регистрируется непосредственно с помощью наконечника микроскопа, так что сигнал исходит только от одной отдельной молекулы. Таким образом, учёные могут характеризовать отдельные молекулы. Это позволило сразу определить, из каких атомов состоит молекула, которую они исследуют. «Мы даже смогли различить молекулы, которые отличаются не типом атомов, из которых они состоят, а только их изотопами, то есть составом ядер атомов, — добавляет Лисанн Селлиес (Lisanne Sellies), первый автор этого исследования.

«Однако ещё больше нас заинтриговала другая возможность, которую несёт в себе электронный спиновый резонанс, — объясняет профессор Репп. — Эта техника может быть использована для управления спин-квантовым состоянием электронов, присутствующих в молекуле». На рисунке это показано маленькими цветными стрелками. Но почему это интересно?

Квантовые компьютеры хранят и обрабатывают информацию, которая закодирована в квантовом состоянии. Чтобы произвести вычисления, квантовым компьютерам необходимо манипулировать квантовым состоянием, не теряя информацию в результате так называемой декогеренции. Здесь стоит отметить, что декогеренция — это процесс нарушения, собственно, когерентности (связи между двумя квантово запутанными частицами), вызываемый взаимодействием квантово-механической системы с окружающей средой посредством необратимого с точки зрения термодинамики процесса.

Исследователи из Регенсбурга показали, что с помощью своей новой техники они могут управлять квантовым состоянием спина в одной молекуле много раз, прежде чем это состояние распадётся. Поскольку метод микроскопии позволяет получить изображение отдельных окрестностей молекулы, новая методика может помочь понять, как декогеренция в квантовом компьютере зависит от атомного окружения, и — в конечном итоге — как её избежать. А это путь к более простым, а главное к более точным квантовым вычислениям.

На днях Агентство перспективных исследований Минобороны США (DARPA) подвело итоги первой фазы программы ONISQ, которая должна была выбрать основу для первого поколения квантовых компьютеров для нужд военных. Наиболее перспективным направлением признаны кубиты из ридберговских нейтральных атомов, в прикладном изучении которых преуспели учёные из Гарвардского университета под руководством выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина.

Источник изображения: DARPA

Программа ONISQ или Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum, что на русский язык можно перевести как оптимизация с зашумлёнными квантовыми системами среднего масштаба, стартовала в мае 2020 года. Среди прочих систем рассматривались другие варианты кубитов, включая хорошо изученные сверхпроводящие кубиты и кубиты из заряженных атомов (ионов).

«Ридберговские кубиты обладают полезной характеристикой в виде однородности по своим свойствам — это означает, что каждый кубит неотличим от следующего по своему поведению, — сказал доктор Мукунд Венгалатторе (Mukund Vengalattore), руководитель программы ONISQ Отдела оборонных наук DARPA. — Это не относится к другим платформам, таким как сверхпроводящие кубиты, где каждый кубит уникален и, следовательно, не взаимозаменяем».

Охлаждённые нейтральные атомы легко выстраиваются в массивы и могут произвольно программировать квантовые цепи или алгоритмы с помощью оптического пинцета (высокоплотного лазерного пучка), который перемещает кубиты в нужные позиции перед запуском вычислений. Относительная простота и надёжность работы с нейтральными атомами была доказана командой Лукина в свежей работе, где они показали безошибочную работу квантовой системы из 48 логических кубитов на системе из 280 физических кубитов.

Для создания цепи из 48 логических кубитов на сверхпроводящих кубитах потребовалось бы до 5000 физических кубитов, что сегодня представляется проблематичным даже с учётом недавнего анонса процессора IBM Condor с 1121 кубитом.

Команда Лукина обошлась более простой квантовой системой и все 48 логических кубитов, как сообщается, были запутаны, что и предопределило выбор DARPA. Правда, из анонса непонятно, какое отношение коллектив агентства имеет к проделанной учёными работе.

«Если бы кто-нибудь предсказал три года назад, когда началась программа ONISQ, что нейтральные атомы Ридберга [возбужденный атом с одним или несколькими электронами, имеющими очень высокое главное квантовое число] могут функционировать как логические кубиты, никто бы в это не поверил, — сказал доктор Гвидо Цуккарелло (Guido Zuccarello), технический консультант DARPA. — Для DARPA это возможность сделать ставку на потенциал этих менее изученных кубитов наряду с более хорошо изученными ионами и сверхпроводящими схемами. Как исследовательская программа, ONISQ предоставила учёным свободу действий для изучения уникальных и новых приложений, выходящих за рамки простой оптимизации. В результате команда под руководством учёных из Гарварда смогла использовать гораздо больший потенциал этих ридберговских кубитов и превратить их в логические кубиты, что является весьма значительным открытием».

Компания Hisense является одним из крупнейших производителей телевизоров, и предлагает богатый ассортимент самых разных моделей, от базовых, до ультрасовременных и продвинутых. К последним можно отнести телевизоры на панелях с подсветкой Mini-LED, которые обеспечивают впечатляющую детализацию, высокую яркость и отличную контрастность вкупе с широким динамическим диапазоном. Здесь подробнее расскажем о таких телевизорах.

Источник изображений: Hisense

Mini-LED является следующим этапом в развитии технологий экранов со светодиодной подсветкой (LED). Здесь применяются более компактные светодиоды, что позволяет добиться лучших характеристик дисплеев. Если очень упростить, то экраны Mini-LED сохраняют в себе все плюсы QLED-дисплеев, усиливая их еще больше.

Компактный размер позволяет разместить больше светодиодов с высокой плотностью на панели. Таким образом можно обеспечить больше зон локального затемнения и повысить точность работы подсветки. А это, в свою очередь, позволяет добиться более глубокого чёрного цвета на дисплее, и лучшей контрастности изображения. Проще говоря, картинка получается более сочной и насыщенной. Конечно, добиться абсолютно черного цвета как у OLED не выйдет, но максимально к нему приблизиться — да.

Кроме повышенной контрастности Mini-LED обеспечивает превосходные показатели яркости. Сами по себе светодиоды Mini-LED достигают 4000 кд/м², хотя в реальных продуктах показатель, конечно же, ниже (столь высокая яркость в большинстве случаев не нужна, особенно в телевизорах). У моделей Hisense Mini-LED в среднем она достигает 1300–1500 кд/м². Высокая яркость обеспечивает не только насыщенную картинку при любом освещении в помещении, но и позволяет лучше отображать светлые области изображения, что важно при воспроизведении HDR-видео.

Ещё Hisense применяет панели Mini-LED с нанофильтром на основе квантовых точек, что обеспечивает более широкий цветовой охват и более точную цветопередачу. Кроме того, Hisense применяет в данных телевизорах комплекс технологий ULED, который должен обеспечить ещё более качественное изображение. Наконец, панели Mini-LED куда более долговечны по сравнению с OLED, так как не подвержены выгоранию.

В линейке телевизоров Hisense с подсветкой Mini-LED три серии: U7KQ, U8KQ и UXKQ. Между собой они отличаются характеристиками и соответственно ценами. В каждой серии представлено по несколько моделей телевизоров с разной диагональю дисплея, но с общими или близкими характеристиками.

Все телевизоры линейки обладают разрешением 4K UHD (3840 × 2160 точек), а также частотой обновления до 144 Гц. И если к высокому разрешению уже все привыкли, то повышенная частота обновления встречается у телевизоров всё ещё не слишком часто. За счёт этого картинка на экране отображается более плавно, даже в динамических сценах фильмов или шоу. Но что ещё важно, данная особенность делает телевизор более комфортным для видеоигр, обеспечивая плавный вывод картинки с игровой приставки или компьютера с высокой кадровой частотой. Имеется игровой режим Game Mode Pro.

В серии Hisense U7KQ Mini-LED PRO представлены модели телевизоров с диагоналями дисплея 55, 65, 75 и 85 дюймов. Все они обладают типичной яркостью в 500 кд/м², а пиковая яркость достигает 1000 кд/м². Самая компактная модель имеет 240 зон локального затемнения, 65-дюймовая — 384 зоны, 75-дюймовая — 512 зон, а 85-дюймовая — 1296 зон. Есть также сенсор освещения, который подстраивает яркость экрана в зависимости от освещённости комнаты, в которой установлен телевизор. Уровень контрастности составляет 5000:1.

Серия Hisense U8KQ Mini-LED PRO включает модели с диагоналями 55, 65 и 75 дюймов. Эти телевизоры отличаются от описанных абзацем выше еще более яркой подсветкой с большим числом зон локального затемнения. Так 55-дюймовый Hisense U8KQ обладает яркостью в 500 кд/м², пиковой яркостью в 1500 кд/м², а также 672 зонами локального затемнения и контрастностью в 5000:1. В свою очередь Hisense 75U8KQ предлагает типичную яркость в 650 кд/м², пиковую яркость в 1300 кд/м², 1056 зон локального затемнения и контрастность 2000:1.

Наконец, в серии UXKQ Mini-LED X собраны самые продвинутые модели с антибликовыми экранами Dynamic X-Display производства компании Hisense диагональю 65 и 85 дюймов. Более компактный Hisense 65UXKQ обладает пиковой яркостью до 1500 кд/м² и 1456 зонами локального затемнения, а также контрастностью 2500:1. В свою очередь старший Hisense 85UXKQ может похвастаться панелью с яркостью до 2500 кд/м² и 5184 зонами локального затемнения, а также контрастностью 4000:1. Кроме того, у модели с 85-дюймовым экраном есть возможность регулировать положение ножек, меняя расстояние между ними, благодаря чему телевизор можно размещать на больших и маленьких тумбах.

Оба телевизора серии UXKQ оборудованы мощными четырёхъядерными процессорами Hi-View Engine X, которые обеспечивают масштабирование изображения до разрешения 4К, цифровое шумоподавление и многие другие функции. Модели обладают технологией компенсации размытия движений MEMC, а также сертификатом IMAX Enhanced.

Ещё одной важной составляющей телевизора помимо качественной картинки является достойный звук. Все модели Hisense из линейки Mini-LED обладают высококачественными многоканальными аудиосистемами. Телевизоры U7KQ предлагают звуковую систему 2.1 с парой динамиков по 15 Вт каждый и одним 20-Вт сабвуфером, а также с поддержкой технологий Dolby Atmos и DTS Virtual X decoding. В свою очередь модели U8KQ оснащены аудиосистемой со схемой 2.1.2 с парами динамиков по 15 и 5 Вт каждый, а также с 20-Вт сабвуфером. Здесь тоже есть поддержка Dolby Atmos и DTS Virtual X decoding.

Наконец, телевизоры UXKQ предлагают многоканальный объёмный звук за счёт аудиосистемы со схемой 4.1.2. Она включает в себя два динамика по 15 Вт, еще два по 8 Вт, сабвуфер на 20 Вт и два динамика по 8 Вт каждый. Здесь тоже есть Dolby Atmos и DTS Virtual X decoding, но, помимо этого, имеется сертификация WiSA Ready.

Работают все модели Hisense Mini-LED на базе операционной системы VIDAA с простым и понятным интерфейсом, который будет легко освоить. Разработчики подчёркивают, что постоянно развивают ОС с упором на то, чтобы сократить количество кликов для доступа к желаемому приложению или контенту. Система предлагает различные рекомендации на основе предпочтений пользователя. Есть поддержка голосового управления с помощью VIDAA Voice и «Алиса». Телевизор можно также интегрировать в систему умного дома, например, от «Яндекса». Также отметим, что ОС поддерживает приложения многих популярных видеосервисов и российских онлайн-кинотеатров, в том числе «Иви», «Кинопоиск», Okko, Wink, YouTube и другие.

Узнать больше о телевизорах Hisense Mini-LED можно на официальном сайте компании.

Центральной задачей для создания практически ценных квантовых вычислений является подавление ошибок. Сегодня цена этого подавления представляется запредельной. На каждый логический кубит, включённый в алгоритм, необходимо использовать до 1000 физических кубитов. На днях группа учёных из США показала, что накладные расходы можно значительно снизить, что обещает широкие перспективы для квантовых вычислений.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Коллектив из Гарварда под руководством бывшего выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина — одного из ведущих в мире учёных по квантовым системам — показал работу безошибочных квантовых алгоритмов на 48 логических кубитах на массиве из 280 физических кубитов. Используя управление на логическом уровне и зонированную архитектуру в реконфигурируемых массивах нейтральных атомов, система показала сочетаемость в себе высокой надёжности двухкубитных вентилей, произвольную подключаемость, а также полностью программируемые вращения с одним кубитом.

Созданный в лаборатории Гарварда квантовый компьютер группы Лукина использует дефекты в кристаллических структурах. Это могут быть искусственные алмазы, куда помещаются сверхохлаждённые атомы рубидия. Программирование таких систем осуществляется с помощью лазерных пинцетов. Сначала атомы заселяют в дефекты случайным образом, а затем «программируют» массив, перемещая атомы в те дефекты, которые включены в схему для запуска алгоритма (симуляции).

Схема получения двумерных матриц из нейтральных атомов, и формирование структур с разным расположение возбужденных атомов. Источник изображения: Nature

На серии алгоритмов разной сложности группа Лукина показала, что сверхизбыточное использование физических кубитов для каждого логического кубита, в общем-то, не нужно. Чтобы вычисления проходили с удовлетворительной точностью, может хватить до 7 физических кубитов на один логический, о чём они рассказали в работе, опубликованной 6 декабря в журнале Nature.

Эти результаты намекают на появление квантовых вычислений с исправлением ошибок скорее раньше, чем позже. Это приведёт к открытию приложений и подтолкнёт к сдвигу в решении как проблем, так и возможностей в сфере квантовых расчётов.

На саммите IBM Quantum исследователи анонсировали квантовый компьютер Quantum System Two на базе трёх процессоров IBM Heron и поделились дальнейшими планами по масштабированию квантовых систем с уменьшением ошибок, а также разработке программного обеспечения для них. IBM объявила о своём намерении преодолеть порог в 100 000 кубитов. В случае реализации этих планов, IBM может создать первую в мире платформу для универсальных квантовых вычислений.

Источник изображений: IBM

Квантовые вычисления используют свойства субатомных частиц, которые позволяют им находиться в разных состояниях одновременно. Благодаря этому квантовые машины могут одновременно выполнять большое количество вычислений и потенциально решать проблемы, выходящие за рамки возможностей традиционных компьютеров. Но кубиты, на которых основаны системы, нестабильны и сохраняют свои квантовые состояния лишь в течение очень коротких периодов времени, внося ошибки или «шум» в вычисления.

Использование возможностей квантовой механики — непростая задача. Квантовые системы требуют чрезвычайно низких температур, хрупки по своей природе и подвержены декогеренции. Точное манипулирование кубитами и измерение их состояний является серьёзной проблемой, а для успешного масштабирования квантовой системы частоту ошибок необходимо снизить с одной на тысячу до одной на миллион.

IBM заявила, что новые научные достижения её систем ознаменовали конец первой, экспериментальной фазы разработки, длившейся последние семь лет. Эта фаза ознаменовалась соединением достаточного количества кубитов вместе для проведения вычислений, разработкой способов управления кубитами для практического измерения их состояний и созданием первых квантовых алгоритмов.

По мнению IBM, сейчас человечество вступило во вторую фазу. Исследования сосредоточатся на характеристиках квантового оборудования, уменьшении и коррекции ошибок, а также проверке работоспособности приложений. На сегодняшний день IBM опубликовала около 2595 исследовательских работ со своими идеями и достижениями в этой области. К концу 2024 года компания планирует создать восемь центров квантовых вычислений в США, Канаде, Японии и Германии, чтобы обеспечить широкий доступ к Quantum System Two для исследователей.

Третья фаза должна расширить возможности масштабирования и обеспечить исправление ошибок. В IBM уверены, что достижение требуемого уровня коррекции ошибок ближе, чем представлялось ранее. Эта уверенность основана на новых исследованиях, в частности, на новой технологии межсоединений, обеспечивающей беспрецедентное масштабирование квантовых систем с тысячами кубитов.

Новая дорожная карта IBM Quantum подробно описывает программное обеспечение и аппаратные технологии, необходимые для обеспечения квантового преимущества, используя которые квантовая система сможет решать задачи, не доступные для традиционных компьютеров. Нерешённые проблемы в области искусственного интеллекта, химии, финансовых услуг, наук о жизни, физики и фундаментальных исследований могут, наконец, стать решаемыми, что сделает результаты близкими для человечества. Зелёные галочки на дорожной карте отмечают уже достигнутые этапы.

Следующим крупным достижением в области квантовых вычислений должен стать в 2025 году процессор Kookaburra, который выступит в роли «базового строительного блока», из которых будут строиться масштабируемые системы с коррекцией ошибок в режиме реального времени. В IBM заявили, что исследователи также пытаются использовать квантовые системы для поиска корреляций в больших объёмах данных и решения так называемых проблем оптимизации, которые могут помочь улучшить бизнес-процессы.

Текущая дорожная карта IBM формирует представление одного из ведущих разработчиков квантовых вычислений о дальнейшем развитии этой сферы на ближайшие десять лет. Ожидания того, что квантовые системы к настоящему времени будут близки к коммерческому использованию, в последние годы вызвали волну финансирования этой технологии. Но признаки того, что бизнес-приложения отстают от ожиданий, привели к предупреждениям о возможной «квантовой зиме» ослабления доверия инвесторов и финансовой поддержки.

Исследователи IBM убеждены, что квантовые вычисления начинают демонстрировать свою востребованность в качестве важнейшего инструмента научных исследований. «Впервые у нас есть достаточно большие и мощные системы, чтобы с их помощью можно было выполнять полезную техническую и научную работу» — заявил руководитель отдела исследований IBM Quantum Дарио Хил (Dario Gil). Он также отметил, что «видит очень здоровую промышленную базу, которая инвестирует в технологии», а компании, использующие квантовые системы IBM в рамках своей научно-исследовательской деятельности, продолжают инвестировать «циклически».

«Пройдёт некоторое время, прежде чем мы перейдём от научной ценности к, скажем так, коммерческой ценности, — уверен Джей Гамбетта (Jay Gambetta), вице-президент IBM по квантовым технологиям. — Но, по моему мнению, разница между исследованиями и коммерциализацией становится все меньше».

На ежегодной конференции IBM по квантовым вычислениям Quantum Summit 2023 корпорация представила новейший 133-кубитный квантовый процессор Heron и первый модульный квантовый компьютер IBM Quantum System Two на его базе. IBM также анонсировала процессор Condor с 1121 кубитом, который имеет на 50 % большую плотность кубитов. По словам главного квантового архитектора IBM Маттиаса Стефана (Mattias Stephan), усилия по созданию этого устройства «открыли путь к масштабированию» квантовых вычислений.

Источник изображений: IBM

Процессор Condor является частью долгосрочных исследований IBM по разработке крупномасштабных квантовых вычислительных систем. Хотя он располагает огромным количеством кубитов, производительность его сравнима с 433-кубитным устройством Osprey, дебютировавшим в 2022 году. Это связано с тем, что простое увеличение количества кубитов без изменения архитектуры не делает процессор быстрее или мощнее. По словам Стефана, опыт, полученный при разработке Condor и предыдущего 127-кубитного квантового процессора Eagle, проложил путь к прорыву в перестраиваемой архитектуре процессора Heron.

«Heron — наш самый производительный квантовый процессор на сегодняшний день, он обеспечивает пятикратное снижение ошибок по сравнению с нашим флагманским устройством Eagle, — сказал Стефан. — Это было путешествие, которое готовилось четыре года. Он был разработан с учётом модульности и масштабирования».

Ранее в этом году компания IBM продемонстрировала, что квантовые процессоры могут служить практическими платформами для научных исследований и решения проблем химии, физики и материаловедения, выходящих за рамки классического моделирования квантовой механики методом грубой силы. После этой демонстрации исследователи и учёные из многочисленных организаций, включая Министерство энергетики США, Токийский университет, Q-CTRL и Кёльнский университет, использовали квантовые вычисления для решения более крупных и сложных реальных проблем, таких как открытие лекарств и разработка новых материалов.

«Мы твёрдо вступили в эпоху, когда квантовые компьютеры используются в качестве инструмента для исследования новых рубежей науки, — сказал Дарио Хил (Dario Gil), старший вице-президент и директор по исследованиям IBM. — Поскольку мы продолжаем совершенствовать возможности масштабирования квантовых систем и приносить пользу посредством модульной архитектуры, мы будем и дальше повышать качество стека квантовых технологий промышленного масштаба».

IBM Quantum System Two размещена на объекте в Йорктаун-Хайтс, Нью-Йорк. Эта система на базе трёх квантовых процессоров Heron станет основой архитектуры квантовых вычислений IBM следующего поколения. Она сочетает в себе масштабируемую криогенную инфраструктуру и классические серверы с модульной электроникой управления кубитами. В результате систему можно будет расширять в соответствии с будущими потребностями, и «апгрейдить» при появлении следующего поколения квантовых процессоров.

Стремясь облегчить разработчикам и инженерам работу с квантовыми вычислениями, IBM анонсировала выход в феврале 2024 года версии 1.0 набора программных инструментов с открытым исходным кодом Qiskit, который позволяет создавать квантовые программы и запускать их на IBM Quantum Platform или симуляторе. В дополнение к Qiskit, IBM анонсировала Qiskit Patterns — способ, позволяющий квантовым разработчикам легко создавать код и оптимизировать квантовые схемы с помощью Qiskit Runtime, а затем обрабатывать результаты.

«С помощью Qiskit Patterns и Quantum Serverless вы можете создавать, развёртывать, запускать квантовые программы и в будущем предоставлять доступ к ним другим пользователям», — заявил Джей Гамбетта (Jay Gambetta), вице-президент IBM Quantum. На презентации он продемонстрировал использование генеративного ИИ на базе Watson X для создания квантовых схем при помощи базовой модели Granite, обученной на данных Qiskit. «Мы действительно видим всю мощь генеративного ИИ для облегчения труда разработчиков», — заключил Гамбетта.

Сеть национальных лабораторий в США работает над созданием квантового интернета, который позволил бы не только обмениваться данными по абсолютно безопасному каналу, но также открыл путь к распределённым квантовым вычислениям. Для этого придётся создать точки ретрансляции состояния кубитов, а это пока очень дорогое мероприятие, ведь каждая из них должна поддерживать температуру около абсолютного нуля. Удешевить инфраструктуру обещает новая технология.

Источник изображения: University of Chicago

Исследователи из Чикагского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Кембриджского университета утверждают, что им удалось найти прорывное решение: они буквально растягивают алмаз, изменяя его молекулярную решетку. Растяжение крайне незначительное, но этого оказалось достаточно, чтобы улучшенная структура обзавелась очень и очень многообещающими свойствами.

Как известно, чтобы передать квантовую запутанность для сверхпроводящих кубитов необходимо защитить их от всех возможных помех. Для этого ретранслятор кроме всего прочего должен быть охлаждён до температуры менее одного кельвина. С кубитами на фотонах всё намного проще — там такие запредельно низкие температуры не нужны, что позволяет, например, уже пользоваться сетями с квантовой криптографией в России и в Китае.

Передача квантовых состояний и квантовой запутанности для сверхпроводящих кубитов заставит строить ретрансляторы намного чаще — через 5 или 10 км, что сделает квантовый интернет на этой основе довольно дорогим мероприятием как при развёртывании, так и при эксплуатации.

Изобретение американских учёных обещает увеличить температуру ретрансляторов до 4 К (-269 °C). Незначительное, на первый взгляд, повышение на порядки упростит создание холодильных установок и их обслуживание, заявляют разработчики.

Как создать растянутый алмаз? Достаточно просто. На горячее стекло наносится тончайшая алмазная плёнка. После остывания стекло и алмаз сжимаются, но степень сжатия стекла меньше и оно будет создавать в алмазной плёнке усилие на молекулярное растяжение. Это усилие очень небольшое, но его оказывается достаточно, чтобы структура проявляла улучшенные квантовые свойства. Это проявляется не только в увеличении времени когерентности, но также в возможности управлять кубитами с помощью радиочастот. Кубиты на основе растянутых алмазов становятся менее восприимчивы к помехам и поддаются более простому управлению, что в итоге сделает эксплуатацию квантовых сетей дешевле и доступнее.

Компания IBM сообщила, что на базе Токийского университета начал работать мощнейший в регионе квантовый компьютер — 127-кубитовая платформа IBM Quantum Eagle. Передача компьютера осуществлена в апреле этого года. От японских партнёров компания IBM рассчитывает получить идеи практического использования нового класса вычислительных устройств. Они обещают невообразимую мощь в обработке данных, но как это выглядит на практике, никто не знает.

Источник изображения: IBM

Ранее IBM уже передавала японским учёным квантовые системы. Так, в 2021 году на площадке Kawasaki Токийского университета была развёрнута 27-кубитовая система IBM Q System One. Новый компьютер несёт процессор IBM Eagle со 127 кубитами и обещает многократно ускорить выполнение расчётов.

Классический подход предполагает, что для начала практического применения квантовых компьютеров нужны будут системы с десятками и сотнями тысяч физических кубитов. Согласно обоснованиям специалистов Google, например, для исправления ошибок в одном логическом кубите необходимо 1000 физических кубитов. Тем самым безошибочный квантовый компьютер на 1000 кубитов потребует 1 млн физических кубитов для коррекции ошибок. Это означает, что практическую ценность Google рассчитывает увидеть в системах с тысячами и десятками тысяч кубитов. В IBM заявляют, что это не так.

В опубликованной этим летом работе специалисты IBM доказывают, что практическая ценность квантовых систем начинается со 100 кубитов. Нетрудно догадаться, что платформа IBM Eagle со 127 кубитами заявлена как первая практическая, о чём также сейчас заявили японские партнёры компании. Это тем более важно, что современные обычные суперкомпьютеры не способны эмулировать более 50 кубитов при работе с квантовыми алгоритмами.

Развёрнутая в Японии платформа IBM Quantum Eagle будет использоваться местным консорциумом Quantum Innovation Initiative (QII), в который вошло около двух десятков учебных заведений страны и компаний. Квантовую систему будут обучать искать новые материалы, лекарства, научат работать с финансами, физикой, химией и социологией. Для IBM это сулит впечатляющей отдачей в области, куда ещё никто серьёзно не проникал. Затраты на это огромны, но благотворительности в этом нет. Пионеры получат всё.

Китайский технологический гигант Alibaba Group Holding закрыл исследовательскую лабораторию, которая занималась квантовыми вычислениями, пишет ресурс Bloomberg. Оборудование лаборатории будет передано Чжэцзянскому университету в Ханчжоу, где базируется компания, сообщил её представитель. Часть персонала лаборатории, насчитывавшего 30 человек, получит работу в университете.

Как отметил Bloomberg, Alibaba сейчас находится в процессе масштабной реструктуризации под руководством Джозефа Цая (Joseph Tsai) и Эдди Ву (Eddie Wu), которые возглавили компанию в сентябре после ухода Даниэля Чжана (Daniel Zhang). Оба топ-менеджера являются доверенными лицами соучредителя Alibaba Джека Ма (Jack Ma).

В этом месяце было объявлено об отказе Alibaba от планов по выделению облачного подразделения в отдельное предприятие с последующим листингом. Также на прошлой неделе компания предприняла первые шаги по его обновлению — были назначены три новых руководителя, которые возглавят основные бизнес-направления Alibaba Cloud. Двое из них подчиняются непосредственно гендиректору Ву.

Неожиданное решение отказаться от выделения облачного бизнеса, которое компания объяснила неопределённостью из-за санкций США, породило слухи о возможности других изменений в планах Alibaba по реструктуризации. Как известно, в результате реструктуризации на базе Alibaba должны появиться шесть бизнес-групп.

Академия ДАМО (Damo Academy), которую Ма открыл в 2017 году, должна была стать «самым успешным» подразделением Alibaba, ответственным за научные исследования и внедрение передовых технологий в таких сегментах, как метавселенная, роботизация и разработка полупроводников. За последние несколько кварталов Alibaba уволила более 30 000 сотрудников, стремясь оптимизировать расходы на фоне сложной ситуации на ИТ-рынке в связи с санкциями Вашингтона.

Впервые в космосе учёные создали квантовый газ, содержащий два типа атомов. Это произошло в Лаборатории холодного атома NASA (Cold Atom Lab) на борту Международной космической станции и стало ещё одним шагом на пути внедрения в космосе квантовых технологий, доступных в настоящее время только на Земле.

Принцип охлаждения атомов с помощью лазеров. Источник изображения: NASA

Лаборатория NASA Cold Atom Lab размером с небольшой холодильник. И холодит она от всей души, создавая внутри температуру вблизи абсолютного нуля (-273 °C). На МКС лаборатория попала в 2018 году и с тех пор учёные на Земле — прибор управляется дистанционно — провели с её помощью множество экспериментов. В частности, установка помогла создавать квантовый газ — конденсат Бозе-Эйнштейна, который в условиях микрогравитации вёл себя достаточно интересно.

Помещённые между магнитами атомы вещества в установке охлаждались с помощью лазеров, которые гасили энергию частиц и, тем самым, заставляли их остывать едва ли не до самой низкой из возможных во Вселенной температуры. Но недавно учёные NASA заявили, что им удалось создать в камере лаборатории конденсат Бозе-Эйнштейна из смеси двух атомов: калия и рубидия. А где есть смесь различных химических веществ, там появляются реакции. Фактически учёные создали основу для проведения в космосе экспериментов по квантовой химии, что раньше было возможно только в земных условиях на очень сложных и громоздких установках.

Кроме того, перенос квантовой химии в космос — в условия микрогравитации — позволяют изучать квантовые явления с недоступной на Земле точностью для целого ряда экспериментов. Наконец, это путь к появлению в космосе приборов, опирающихся на квантовые явления. От этого выиграет связь, навигация и многое другое, что ещё предстоит открыть.

Модернизация оборудования и подбор режимов производства оптоволокна специалистами холдинга «Швабе» Госкорпорации «Ростех» позволили получить образцы продукции повышенного качества с таким набором характеристик, который позволит использовать оптоволокно в системах квантовой связи и не только. Эта сфера оставалась отчасти зависимой от импорта и вскоре она может получить полную или близкую к ней локализацию в России.

Источник изображения: «Ростех»

Непосредственно исследованием технологического процесса и вопросами его подстройки занимались специалисты Государственного оптического института им. С.И. Вавилова (НПО ГОИ). В частности, была усовершенствована вытяжная башня производственной линии и её составляющие, а также были определены оптимальные режимы вытягивания закрученных микроструктурированных оптических волокон. Как итог, на производственных линиях были установлены наиболее оптимальные режимы, включая температуру в печи, скорость вытяжки, вращения, давления и другие.

«Разрабатываемые оптические волокна являются достаточно сложной, с точки зрения практической реализации, структурой. Модернизация производства уже доказала свою эффективность — нам удалось изготовить серию опытных образцов с высокоинтенсивной продольной закруткой 790 оборотов на метр. При этом новая технология позволит создавать волокно с экстремально наведенной закруткой до 1000 оборотов на метр, что значительно улучшит качество передачи сигнала», — отметил временный генеральный директор НПО ГОИ Кирилл Самсонов.

Выпущенные на модернизированном оборудовании оптические волокна отличаются качеством передачи сигнала и имеют особые оптические и механические характеристики, что делает их востребованными для систем квантовой связи. Также у улучшенного оптоволокна есть другие применения — в качестве сенсоров волоконно-оптических датчиков для регистрации механических воздействий, магнитного поля электрического тока, как модовые фильтры и другие.

Оптоволокно — это один из немногих высокотехнологических видов продукции, производство которого приближается к 100-процентной локализации. Но это не означает, что стремиться больше не к чему. Набирает обороты та же квантовая связь, что потребует больше и больше оптических волокон с улучшенными свойствами.

Компания Atom Computing, одна из трёх выигравших конкурс на участие в квантовых исследованиях агентства DARPA, сообщила о готовности выпустить в 2024 году первый в отрасли квантовый компьютер с более чем 1000 кубитов. По словам компании, впервые будет преодолён ключевой рубеж, после которого универсальные квантовые компьютеры начнут изменять реальность в сфере супервычислений.

Источник изображения: Atom Computing

В то же время сфера квантовых компьютеров настолько молода, что всё ещё не существует общепризнанных тестов и правил определения их производительности. Квантовая платформа Atom Computing опирается на нейтральные атомы, которые, как и ловушки ионов, используют световые (лазерные) импульсы для оперирования кубитами. Будущая платформа будет использовать массив из 1225 нейтральных атомов, превращённых в 1180 кубитов. Стартап уже тестирует такую конфигурацию.

По большому счёту нам должно быть всё равно, на какой основе организованы кубиты Atom Computing. Главное, что бы они могли запутываться друг с другом, их можно было бы объединять в логические элементы и обеспечивать коррекцию ошибок. Разработчик утверждает, что его платформа отвечает гейтовой (вентильной) модели квантовых систем — она позволяет запускать соответствующие квантовые алгоритмы, а также демонстрирует время когерентности до 40 секунд, что на несколько порядков больше, чем в случае низкотемпературных кубитов, свойственных системам IBM или Google.

Также система Atom Computing продемонстрировала возможность измерения квантового состояния отдельных кубитов в процессе вычислений и обнаружения определенных типов ошибок без нарушения работы других кубитов, а также способность исправлять квантовые ошибки в реальном времени.

Более того, разработчик утверждает о простом масштабировании платформы, что быстро приведёт к появлению универсального безотказного квантового компьютера. Коммерчески доступные системы на 1000+ кубитах появятся в следующем году. Чтобы их можно было сопрягать с классическими компьютерами, компания обещает сотрудничать с NVIDIA, которая создала подобный «адаптер» в виде решения DGX Quantum. Но это уже другая история.

Японский научно-исследовательский институт RIKEN и компания Fujitsu объявили об успешной разработке квантового компьютера на 64 сверхпроводящих кубитах. Авторы проекта также подготовили гибридную платформу квантовых вычислений, доступ к которой они предоставят своим партнёрам.

Источник изображения: fujitsu.com

Новый квантовый компьютер основан на технологии, разработанной RIKEN и группой партнёров института, включая Fujitsu, которая использовалась в предыдущей совместной квантовой системе, представленной в минувшем марте. Fujitsu и RIKEN также объявили о запуске платформы гибридных квантовых вычислений, которая объединяет вычислительную мощность системы на 64 сверхпроводящих кубитах и одного из крупнейших в мире симуляторов квантового компьютера на 40 кубитов. Для работы нового комплекса разрабатывается гибридный квантовый алгоритм, связывающий квантовые вычисления с традиционными высокопроизводительными вычислениями (HPC). Он сможет использоваться для работы в различных областях, включая разработку медицинских препаратов и финансовых алгоритмов.

Разработка квантовых компьютеров сегодня продвигается быстрыми темпами, но лежащие в их основе технологии пока относятся к эпохе NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum era), которая характеризуется высоким несовершенством: помехи из окружающей среды пока оказывают слишком сильное влияние на квантовые вычисления. Отказоустойчивый квантовый компьютер или FTQC (Fault-Tolerant Quantum Computer), способный обеспечивать надёжные и точные результаты, появится не менее чем через десятилетие. Поэтому в Fujitsu и RIKEN решили применить гибридный подход, подключив к настоящему квантовому компьютеру его симулятор, который не подвержен ошибкам.

Для проверки работы системы разработчики применили её для расчёта энергии основного состояния молекулы H12 — цепочечной молекулы из 12 атомов водорода — и объединили алгоритм с технологией коррекции квантовых вычислений на основе искусственного интеллекта, призванной смягчить шумовые эффекты в квантовых компьютерах. Fujitsu и RIKEN также доложили, что продолжается разработка квантового компьютера на 1000 кубитов.