Данные берутся из публикации Компьютер месяца. Спецвыпуск: собираем игровой ПК дешевле 30 000 рублей

Компания Microsoft совместно с разработчиком квантовых компьютеров Quantinuum сообщила о разработке методологии, которая позволяет значительно снизить частоту появления ошибок при исполнении квантовых алгоритмов. Решение Microsoft не только снижает частоту появления ошибок, но также позволяет исправлять ошибки, что открывает путь к коммерческим квантовым системам и новой эре в вычислениях.

Источник изображения: Microsoft

Современные квантовые платформы подвержены шуму и поэтому ошибки вычислений на них неизбежны и многочисленны. Например, согласно анализу специалистов Google, для достижения полной безошибочности вычислений каждый логический кубит должен состоять из 1000 физических кубитов. Тем самым коммерчески значимый квантовый компьютер из 1000 логических кубитов, на которых будут исполняться алгоритмы, должен состоять из 1 млн физических кубитов. Это будет безумно дорого, но также неэффективно уверяют в Microsoft.

«Простое увеличение числа физических кубитов с высокой частотой ошибок — без улучшения этого показателя — бесполезно, поскольку в результате большой квантовый компьютер станет не более производительным, чем раньше, — утверждают Деннис Том (Dennis Tom), генеральный менеджер Azure Quantum, и Криста Своре (Krysta Svore), вице-президент подразделения Advanced Quantum Development Microsoft. — Напротив, когда физические кубиты с достаточным качеством работы используются со специализированной системой управления и диагностики для обеспечения работы виртуальных кубитов, только тогда увеличение числа физических кубитов приводит к созданию мощных, отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных выполнять более длительные и сложные вычисления».

Иначе говоря, необходимы такие решения, которые помогут снизить как частоту появления ошибок физических кубитов, так и логических. Это позволит создавать логические кубиты из меньшего числа физических кубитов и быстрее приведёт к появлению коммерчески значимых квантовых систем, ведь, худо-бедно, а собрать сегодня платформу из 1000 физических кубитов — это реально.

Используя квантовую платформу компании Quantinuum на ловушках ионов и фирменный процессор Quantinuum H2, команда исследователей смогла объединить 30 физических кубитов в четыре высоконадёжных логических кубита. На этих четырёх кубитах было запущено свыше 14 тыс. алгоритмов, в процессе обработки которых не возникло ни единой ошибки. Отдельные эксперименты были посвящены исправлению ошибок логических кубитов без разрушения их состояния. По мнению постановщиков экспериментов — это прорыв и начало новой эры квантовых вычислений.

Это шаг в правильном направлении для квантовых вычислений. Остается ещё много проблем, которые предстоит решить, а затем повсеместно внедрить, но теоретически компьютер со 100 такими логическими кубитами уже может быть полезен для решения некоторых задач, тогда как система с 1000 кубитами, по словам Microsoft, «может обеспечить коммерческое преимущество».

Работа специалистов Microsoft, посвящённая этому исследованию, свободно доступна по ссылке.

Плюсы и минусы использования памяти 3D NAND очевидны: плотность и дешевизна играют против сложности алгоритмов и высокого износа. С кубитами в квантовых процессорах аналогичный подход может дать больше выгоды. Они тоже могут быть многоуровневыми, что увеличит плотность без усложнения архитектуры, а масштабирование квантовых систем пока является большой проблемой. Российские физики выбрали путь использования многоуровневых кубитов и это приносит результат.

Выпущенный в России 8-кубитный процессор. Источник изображения: Университета МИСИС

В журнале Physical Review A. (Q1) вышла новая статья за авторством исследователей Университета МИСИС, Российского квантового центра, ФИАН им. Лебедева и МФТИ, в которой доказана эффективность кутритов — трёхуровневых квантовых систем. Работа освещает два важных аспекта. Во-первых, это независимость от выбора платформы — кубит может быть в принципе любым. Во-вторых, один многоуровневый кубит может заменить два обычных для исполнения алгоритма. В качестве дополнительного эффекта можно ещё назвать симуляцию физических явлений, которые не поддаются расчётам на классических компьютерах.

«Для меня этот результат представляется важным прежде всего потому, что одновременно, фактически в параллельном режиме, квантовые алгоритмы были запущены на двух совершенно разных физических платформах — сверхпроводящей и ионной — в двух ведущих российских исследовательских центрах. Идентичность результатов указывает на высокую достоверность и воспроизводимость расчётов на разных аппаратных средствах и, конечно, на справедливость квантовых постулатов. И, конечно, тот факт, что мы впервые использовали ионные и сверхпроводящие кутриты также выделяет данное исследование: в мире насчитывается всего несколько групп, которые овладели этим методом», — сообщил директор Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Николай Колачевский.

Исследователи использовали кутриты — кубиты с двумя основными состояниями и одним дополнительным. В ФИАН была создана платформа на ионах в ловушке, а в НИТУ МИСИС на сверхпроводниковом 8-кубитном процессоре. С помощью кутритов исследователи смоделировали неравновесный фазовый переход нарушения симметрии чётности и времени. Такая симметрия нарушается, если изолированная физическая система начинает взаимодействовать с окружающим миром, теряя при этом часть своей энергии.

Фактически платформами на кутритах был выполнен алгоритм, позволивший смоделировать различные режимы затухающих колебаний абстрактной квантовой системы. Подобная концепция ранее была предложена научной группой хельсинского университета Аалто, однако, в отличие от финских коллег, российским учёным для реализации идеи потребовался всего лишь один кутрит вместо двух полноценных кубитов, что является более экономичным решением с точки зрения ресурсов квантового процессора.

Предложенный подход обещает приблизить практическую ценность квантовых платформ без достижения умопомрачительного количества кубитов в архитектуре. Алгоритмы будут сложнее — этого не отнять. Но с математикой в России всегда было хорошо и это, очевидно, проще, чем создать ресурсоёмкий квантовый компьютер.

«Исследование дополнительного уровня на сверхпроводниковых кубитах представляет для нас больший интерес. Проделанная работа является важным шагом на пути к реализации защищенных логических кубитов с использованием кодов коррекции квантовых ошибок, так как именно утечка квантовой информации на этот уровень считается наиболее трудно исправляемой ошибкой. Кроме того, дополнительный уровень даёт новые возможности с точки зрения выполнения квантовых алгоритмов здесь и сейчас», — сообщила первый автор работы, сотрудник РКЦ и лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий Университета МИСИС Алёна Казьмина.

Но самое главное в проделанной работе — это потенциал к дальнейшему наращиванию числа состояний у отдельных кубитов. Ведь таких может быть больше трёх, что наглядно демонстрирует та же память 3D NAND. Поэтому российские физики не забывают также о куквартах, куквинтах и других многоуровневых кубитах. Но это уже другая история.

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), первыми продемонстрировали жизнеспособность «горячих кубитов», концепции которая ранее воспринималась как теоретическая. Разработка учёных на основе спиновых кубитов смогла выполнить операции при температуре в 20 раз выше, чем системы IBM и Google на сверхпроводящих кубитах. Это шаг в будущее к практичным квантовым вычислителям, заявляют разработчики.

Источник изображения: Anna Kucera

В прошлом специалисты UNSW неоднократно доказывали свою состоятельность в разработке квантовых вычислительных платформ. Новый проект обещает сделать квантовые компьютеры дешевле и надёжнее за счёт относительно большого скачка в необходимых для работы системах охлаждения. В случае реализации квантового процессора по новой технологии, охлаждать систему придётся не до долей К в районе абсолютного нуля, а всего до 1 К (кельвина) или до -272 °C вместо -273,15 °C.

На первый взгляд, разница незначительная. Но по факту — это условная пропасть между двумя показателями. И дело не только в том, что охлаждать до 1 K будет проще и дешевле, чем до 0 К. При температуре -272 °C уже могут работать кремниевая электроника, что позволит напрямую сопрягать квантовые (кубитовые) процессоры и обычные процессоры.

Это значит, что вся платформа поместится под одним теплоизоляционным кожухом без необходимости интерфейса между блоками с разным уровнем охлаждения. Масштабировать такие решения станет проще, а также появится возможность использовать классическую логику для коррекции ошибок квантовых алгоритмов.

«Хотя наши квантовые процессоры по-прежнему требуют охлаждения, стоимость и сложность всей системы значительно снижаются при таких повышенных температурах, — говорят разработчики. — Мы были мотивированы задачей достижения высокоточного управления кубитами, их инициализации и считывания данных при повышенных температурах».

Квантовые процессоры Intel на спиновых кубитах работают при температуре менее 1 К, что делает платформу компании более сложной и дорогой. В то же время Intel создаёт классическую логику для управления кубитами при охлаждении до сверхнизких температур, например, 22-нм чипсет Horse Ridge. Однако SoC Horse Ridge не может быть охлаждён ниже температуры 4 К, что заставляет охлаждать их отдельно и соединять через термоинтерфейс. Разработка австралийцев позволила заметно сузить разницу в охлаждении квантовых процессоров и логики и, похоже, постепенно позволит создать общую или гибридную квантовую платформу.

Intel и Microsoft представили на проходящей конференции в Тайбэе своё универсальное определение «ПК с искусственным интеллектом». В понимании обоих производителей, далеко не все актуальные модели ПК и ноутбуков, представленных сегодня на рынке, ему соответствуют, даже несмотря на то, что они оснащены новейшими процессорами с ИИ-ускорителями и ИИ-помощником Copilot на базе большой языковой модели, который входит в состав операционной системы Windows 11.

Источник изображений: Intel

В октябре прошлого года компания Intel запустила программу AI PC Acceleration Program, призванную побудить независимых разработчиков программного обеспечения, а также производителей аппаратных средств присоединиться к расширению экосистемы ПК, оснащённых технологиями искусственного интеллекта. На конференции в Тайбэе производитель процессоров сообщил, что будет более активно помогать разработчикам ПО и аппаратных средств в рамках этого процесса. Intel представила специальные комплекты разработчиков на базе NUC с новейшими процессорами Core Ultra (Meteor Lake) для разработки программных решений с поддержкой ИИ, а также поделилась чётким определением «ПК с искусственным интеллектом», каким его представляет компания Microsoft.

Стремительное развитие технологий искусственного интеллекта и машинного обучения в течение последних лет открыло огромные возможности для внедрения новых аппаратных и программных функций в проверенную временем платформу ПК. Однако само по себе определение «ПК с искусственным интеллектом» или ИИ ПК по-прежнему оставалось расплывчатым. Ведущие мировые производители процессоров, включая Intel, AMD, Apple уже разработали и выпустили свои аппаратные решения, оснащённые специальными блоками ускорения работы ИИ-алгоритмов (NPU), которые располагаются на кристаллах чипов рядом с обычными ядрами CPU и GPU. На рынке скоро также должны появиться ноутбуки на базе процессоров Qualcomm, тоже оснащённых такими ИИ-ускорителями. Однако у каждой компании имеется свой взгляд на то, что представляет собой компьютер с искусственным интеллектом.

Ранее Intel уже заявляла, что к концу 2025 году планирует оснастить 100 млн ПК по всему миру своими процессорами с NPU. Для достижения этих целей производитель заручился поддержкой более сотни независимых поставщиков программного обеспечения и уже к концу 2024 года планирует вывести на рынок более 300 различных приложений с поддержкой искусственного интеллекта. Согласно прогнозам аналитического агентства Canalys, конкуренция на рынке ПК с технологиями ИИ в ближайшие годы будет усиливаться. И если к концу 2024 года доля поставок ПК с поддержкой искусственного интеллекта составит 19 % от общемировых объёмов поставок компьютеров, то 2027 эта доля вырастет уже до 60 %.

В новом совместно разработанном Microsoft и Intel определении говорится, что компьютер с искусственным интеллектом будет поставляться с нейронным сопроцессором (NPU), центральным и графическим процессорами, поддерживающими ИИ-помощника Microsoft Copilot, а также будет иметь физическую клавишу вызова ИИ-помощника Copilot непосредственно на клавиатуре, которая заменит правую клавишу Windows. Copilot — это чат-бот с искусственным интеллектом, созданный на основе LLM (большой языковой модели) и в данный момент активно внедряющийся компанией Microsoft в её операционную систему Windows 11. В настоящее время он работает через облачные сервисы, но, как сообщается, компания планирует реализовать локальную обработку Copilot непосредственно на ПК для повышения его производительности и оперативности. Озвученное Intel и Microsoft определение «ПК с искусственным интеллектом» означает, что большинство уже выпущенных ноутбуков на процессорах Intel Meteor Lake и AMD Ryzen AI последних поколений, поставляющихся без выделенной клавиши вызова Copilot, на самом деле не соответствуют официальным критериям Microsoft. В то же время можно ожидать, что все ключевые производители ПК и ноутбуков рано или поздно скорректируют характеристики своих решений для соответствия этим требованиям.

Хотя Intel и Microsoft сейчас занимаются совместным продвижением нового определения ИИ ПК, у самой Intel есть более простое определение для таких систем. В нём описывается ПК с CPU, GPU и NPU, в котором каждый из этих компонентов имеет свои собственные возможности ускорения выполнения задач, специфичных для искусственного интеллекта. Intel предлагает распределять рабочие нагрузки ИИ между указанными компонентами в зависимости от типа необходимых вычислений. При этом на NPU компания предлагает возлагать нагрузки ИИ с низкой интенсивностью, с которыми он сможет справляться с высокой степенью энергоэффективности. Сюда можно отнести, например, обработку фотографий, а также аудио и видео. NPU сможет ускорить выполнение этих задач непосредственно на компьютере, а не полагаясь на специальные облачные сервисы. В Intel отмечают, что таким образом получится одновременно увеличить время автономности систем с NPU, повысить их производительность, а также реализовать высокий уровень конфиденциальности данных за счёт хранения всей информации на локальном компьютере, а не в Сети. Использование NPU в низкоинтенсивных нагрузках также освободит ресурсы центрального и графического процессоров, которые можно будет использовать для других задач. Возможности CPU и GPU предлагается использовать при более интенсивных ИИ-нагрузках, где мощностей NPU может оказаться недостаточно. При необходимости ресурсы NPU и GPU также можно будет использовать одновременно, например, для запуска ресурсоёмких языковых моделей.

Разные модели искусственного интеллекта имеют разные требования к объёму используемой памяти и скорости компонентов, которые необходимы для их работы. Одни могут создавать более сложные и точные языковые модели, другие обеспечивают более высокую скорость выполнения поставленных задач. Intel говорит, что вопрос доступного объёма памяти у ПК станет ключевым для запуска LLM. Некоторые модели требуют 16 Гбайт ОЗУ, другим требуется вдвое больше. В перспективе это может привести к значительному увеличению стоимости потребительских компьютеров с ИИ, особенно в сегменте ноутбуков, однако Microsoft пока не определила минимальные требования к доступной памяти. Очевидно, что компания продолжит сотрудничество с производителями ПК и ноутбуков, чтобы найти нужный компромисс. Для каждого сегмента потребительских устройств, вероятно, будут выставлены свои требования. Но вполне можно ожидать, что даже в системах начального уровня с искусственным интеллектом появится больше памяти, а ПК с 8 Гбайт ОЗУ будут встречаться крайне редко или вообще исчезнут.

Что касается специальных комплектов разработчиков программного обеспечения с поддержкой ИИ, то для них Intel представила системы ASUS NUC Pro 14, оснащённые процессорами Core Ultra (Meteor Lake). Это компактные неттопы, оснащённые несколькими портами USB 3.2, а также интерфейсами Thunderbolt, предлагающие до 96 Гбайт ОЗУ. Более подробные характеристики указанных систем компания не сообщает, однако отмечает, что они также предлагают набор предустановленного специального программного обеспечения, инструментов, компиляторов и драйверов, необходимых для разработки программ с поддержкой ИИ. Установленные инструменты включают, среди прочего, Cmake, Python и OpenVino. Платформа Intel также поддерживает ONNX, DirectML и WebNN и другие средства для разработки и оптимизации программного обеспечения. Intel отмечает, что на её оборудовании с использованием OpenVino уже разработано более 280 различных открытых и оптимизированных ИИ-моделей, на базе ONNX — 173 моделей, а на базе Hugging Face — 150. При этом самые популярные модели скачиваются более 300 тыс. раз в месяц.

Компания уже сотрудничает с десятками крупных поставщиков программного обеспечения по вопросу интеграции ИИ в их продукты. В их числе Zoom, Adobe, Autodesk и многие другие. Однако Intel хочет расширить экосистему разработчиков, добавив к ней небольшие независимые команды и даже разработчиков-одиночек. Именно для них компания подготовила специальные комплекты разработчиков. Первые устройства для разработки программного обеспечения с ИИ-функциями будут выдаваться на текущей конференции в Тайбэе. В перспективе Intel также хочет предоставить указанные комплекты разработчиков тем, кто в силу разных причин не может участвовать в подобных мероприятиях. Однако эта часть программы AI PC Acceleration Program пока не началась из-за различных ограничений в разных странах и других логистических проблем.

Intel планирует предлагать комплекты разработчиков по льготной цене, однако конкретных деталей по этому поводу производитель не предоставил. В перспективе компания также планирует предоставлять разработчикам доступ к аналогичным аппаратным средствам на базе своих будущих платформ.

Также компания планирует укрепить сотрудничество с различными университетами, представляя их факультетам информатики указанные комплекты разработчика. Для поддержки сообщества разработчиков на сайте Intel также имеется специальный центр знаний, в котором содержатся видеоуроки, инструкции, различная документация, дополнительные материалы и даже образцы кода.

Для независимых поставщиков аппаратного обеспечения в рамках программы Open Labs компания Intel предлагает круглосуточный доступ к своим ресурсам для тестирования и оптимизации аппаратных средств, а также ранним образцам её оборудования в лабораториях в США, Китае и Тайване. Компания заявляет, что в рамках программы Open Labs более ста различных команд разработчиков уже представили около 200 различных аппаратных компонентов.

Компания IDC опубликовала отчёт по итогам проведённого исследования глобального рынка настольных и портативных компьютеров в прошлом году. Аналитики подсчитали, что в 2023 году поставки компьютеров сократились на 8,8 % по сравнению с показателем 2022 года. Этот результат стал вторым сильнейшим падением в процентном выражении с тех пор, как IDC начала следить за рынком в 2008 году.

Источник изображения: Pixabay

Несмотря на снижение поставок за весь 2023 год, ситуация начала стабилизироваться в середине года, а в четвёртом квартале объём поставок даже вырос на 6,1 % по сравнению с аналогичным периодом 2022 года. «2023 год, несомненно, был трудным во многих отношениях, но мы закончили год с некоторыми положительными моментами и надеждой на лучшее будущее», — считает аналитик IDC Джей Чжоу (Jay Chou).

Источник изображения: IDC

Аналитик считает, что удачный последний квартал вместе с рядом других факторов указывают на грядущее восстановление рынка, которое будет более ощутимо во второй половине 2024 года. В долгосрочной перспективе этому будет способствовать, например, приближающееся завершение жизненного цикла Windows 10, поддержка которой завершится осенью 2025 года. Организациям по всему миру придётся переходить на Windows 11, а значит, покупки компьютеров будут расти. Появление на рынке устройств с новыми процессорами, особенно оптимизированными под выполнение задач искусственного интеллекта, и графическими ускорителями также будет стимулировать рост спроса на компьютеры.

Источник изображения: IDC

Лидером по поставкам компьютеров на глобальный рынок продолжает оставаться Dell. Несмотря на некоторое снижение объёмов поставок ПК компании в четвёртом квартале 2023 года относительно аналогичного периода 2022 года, вендор оставался лидером сегмента в течение всего 12-месячного отрезка. Следом за лидером расположилась HP, которая сумела значительно нарастить поставки в четвёртом квартале 2023 года. Замыкает тройку лидеров Lenovo, чья доля в четвёртом квартале подскочила на 11 %.

По прогнозу IDC, поставки компьютеров в 2024 году вырастут на 5,2 %. Ожидается сохранение положительной динамики и в 2025 году. Аналитики считают, что в 2025 году объём поставок ПК на глобальном рынке вырастет ещё на 7,9 %. Замедление роста ожидается к концу 2025 года, когда процесс перехода на Windows 11 будет подходить к концу.

Специалисты аналитической компании ITResearch подсчитали, что в четвёртом квартале 2023 года в России было продано 1,825 млн настольных и портативных персональных компьютеров, что на 11 % меньше показателя за аналогичный период 2022 года. Всего же за прошлый год в стране было реализовано 6,7 млн ПК, что на 12,5 % больше показателя 2022 года.

Источник изображения: Glenn Carstens-Peters/unsplash.com

Сегмент настольных компьютеров в четвёртом квартале снизился на 10 % в годовом исчислении до примерно 880 тыс. устройств. Отмечается, что за трёхмесячный период в России было продано больше настольных ПК, чем ноутбуков. Это связано с тем, что во многом ориентированные на поставки в организации, а не на розничный рынок, настольные ПК более устойчивы к кризису. Любопытно, что на ведущие роли здесь начали выходить отечественные компании, прежде относившиеся ко второму эшелону сборщиков. Лидерами по поставкам настольных компьютеров стали DNS, iRU и ICL с общей долей рынка 16 %.

Наиболее успешным по динамике оказался сегмент моноблоков. В четвёртом квартале прошлого года поставки устройств этого типа выросли на 26 %, причём в большей степени этому способствовало усиление российских брендов. Отечественные компании выросли на 40 % год к году, тогда как доля зарубежных поставщиков снизилась на 2 %. Такая динамика обусловлена тем, что многие российские компании поставляли относительно дешёвые моноблоки сниженной комплектации терминального плана для комплектации массовых рабочих мест. Лидирующие позиции в сегменте моноблоков заняли iRU, Lenovo и MSI, на долю которых приходилось 29 % рынка.

Больше всего за отчётный период просел сегмент ноутбуков. В четвёртом квартале продажи устройств этого типа сократились на 16 % по сравнению с показателем за аналогичный период 2022 года. Несмотря на это, за весь 2023 год объём поставок ноутбуков вырос на 11 %. Источник отмечает продолжающееся усиление российских производителей и азиатских брендов второго эшелона, однако товарное предложение новых игроков рынка не всегда вызывает энтузиазм у покупателей.

Данные берутся из публикации Компьютер месяца — март 2024 года

Данные берутся из публикации Компьютер месяца. Спецвыпуск: покупаем мини-ПК

Компания Rolls-Royce обратилась к квантовым вычислениям, чтобы узнать о подходах для обеспечения безопасной эксплуатации малых ядерных реакторов на удалённых площадках. В будущем ожидается создание множества компактных ядерных силовых установок для добывающих компаний на Земле и в космосе. Все они будут работать под дистанционным наблюдением с локальной автоматикой, для создания надёжных алгоритмов которой привлекаются квантовые компьютеры.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В Великобритании с лета 2023 года запущена программа раннего доступа к квантовым технологиям (QTAP). Квантовые алгоритмы запускаются на фотонном оборудовании компании Orca Computing с привлечением безошибочных методологий компании Riverlane. Наряду с Rolls-Royce к программе QTAP получили доступ или ждут своей очереди компании Arup, Airbus и порт Дувра. Доступ к программе осуществляется через посредничество национальной программы Digital Catapult, призванной обеспечить промышленности Великобритании доступность квантовых вычислений.

Компания Rolls-Royce прогнала через квантовый вычислитель данные об аварии на АЭС «Фукусима». Она изучала возможность использования модели квантового машинного обучения для быстрого выявления потенциально опасных ситуаций. Это позволило бы реактору безопасно работать и при необходимости останавливаться с минимальным участием человека. О результатах проведенного эксперимента не сообщается. Возможно, понадобятся новые сеансы расчётов.

Джонатон Адамс (Jonathon Adams), помощник главного инженера Rolls-Royce, сказал: «Новая ядерная команда Rolls-Royce очень ориентирована на будущее, стремясь разрабатывать новые революционные технологии и исследовать энергоэффективные приложения для ядерной энергетики на Земле и в космосе. Квантовые технологии, включая квантовые вычисления, будут способствовать этому в течение следующих 15 лет. Важно, чтобы мы развили понимание того, как и когда мы сможем внедрить эту технологию».

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

Художественное представление многоуровневых квантовых состояний. Источник изображения: UNSW Sydney

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

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

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

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

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

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

Компьютер Q1-Lite-IWS (нажмите для увеличения)

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

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

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

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

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

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

Источник изображения: IonQ

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

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

IonQ Tempo

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

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

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

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

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

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

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

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

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

Типичная криогенная структура квантового компьютера. Источник изображения: Qinu GmbH

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

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

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

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

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