Наука, которую мы заслужили!
Microsoft подключает квантовые компьютеры к Облаку
В понедельник компания Microsoft заявила, что ее платформа облачных вычислений скоро предложит доступ к самому экзотическому оборудованию из всех: квантовым компьютерам.
Microsoft — один из нескольких технологических гигантов, инвестирующих в квантовые вычисления, которые, обрабатывая данные с использованием квантово-механических процессов, обещают беспрецедентную вычислительную мощность. В настоящее время компания подготавливает свой сервис облачных вычислений Azure, для того чтобы предложить отдельным клиентам доступ к трем прототипам квантовых компьютеров: от инженерного конгломерата Honeywell и двух стартапов, IonQ- Университета Мэриленда, и QCI- Йельского университета.
Microsoft утверждает, что эти квантовые компьютеры пока не готовы сделать полезную работу. Существующее квантовое оборудование не готово к большим мощностям. Но, как и конкуренты IBM и Google, руководители Microsoft говорят, что разработчики и корпорации должны начать взаимодействовать с квантовыми алгоритмами и аппаратным обеспечением уже сейчас, чтобы помочь индустрии понять, для чего нужны эти технологии.
«Мы знаем, что не собираемся придумывать весь спектр возможных решений; нам нужно глобальное квантовое сообщество », — говорит Криста Своре, генеральный менеджер Microsoft Quantum.
Новый сервис Microsoft, получивший название Azure Quantum, объединяет инструменты квантового программирования, ранее выпущенные компанией, со своим облачным сервисом. Кодеры могут запускать квантовый код на смоделированном квантовом оборудовании или на реальном квантовом оборудовании от Honeywell, IonQ или QCI.
Microsoft анонсировала новый сервис в понедельник на своей конференции Ignite в Орландо, заявив, что она будет запущена в ближайшие месяцы. Партнеры компании будут использовать свои квантовые компьютеры на своих собственных объектах, но подключат их к облаку Microsoft через Интернет. У Microsoft есть собственная долгосрочная программа квантовых исследований, но она пока не производит какого-либо оборудования для квантовых вычислений.
Azure Quantum имеет сходство с сервисом IBM, который предлагает бесплатный и платный доступ к прототипам квантовых компьютеров с 2016 года. Google, который на прошлой неделе заявил, что один из его квантовых процессоров достиг вехи, известной как «квантовое превосходство», превзошел топ Суперкомпьютер, заявил, что скоро предложит удаленный доступ к квантовому оборудованию для некоторых компаний.
Программа Microsoft отличается тем, что предлагает доступ к нескольким различным технологиям квантовых вычислений, что может дать представление о будущем рынка квантовых вычислений.
Поскольку работать с квантовым оборудованием сложно, ожидается, что большинство компаний, использующих его, будут делать это через облачный сервис, а не покупать или создавать свои собственные квантовые компьютеры. IBM и Google до сих пор говорили только о предоставлении клиентам доступа к их собственному оборудованию.
Модель Microsoft больше похожа на существующую компьютерную индустрию, где облачные провайдеры позволяют клиентам пользоваться процессорами из таких компаний, как Intel и AMD, говорит Уильям Херли, генеральный директор стартапа Strangeworks.
Аппаратные партнеры Microsoft представляют два ведущих, но разных способа создания квантовых компьютеров. Honeywell и IonQ кодируют данные, используя отдельные ионы, захваченные в электромагнитных полях, в то время как QCI использует сверхпроводящие металлические цепи — подход, также одобренный IBM и Google.
Модель Microsoft для квантового облака может также решить проблему для компаний, которые работают на квантовом оборудовании, таких как Honeywell или других стартапов, у которых нет собственного Облачного бизнеса, и может быть трудно привлечь клиентов. «Это позволяет нам сосредоточиться на том, что у нас получается лучше всего- делать лучшие в своем классе квантовые компьютеры», — говорит Питер Чепмен, генеральный директор IonQ. Одним из первых клиентов стартапа стал Dow Chemical, который хочет использовать квантовые компьютеры для решения проблем в области химии.
Квантовые компьютеры построены из необычных устройств, называемых кубитами. Они работают с цифровыми данными так же, как компоненты в обычном оборудовании. Но поскольку кубиты кодируют 1 и 0 в квантово-механические эффекты, такие как вращение субатомных частиц, они могут перейти в третье состояние, которое является суперпозицией 1 и 0 одновременно. Это состояние, в отличие от всего, что происходит в повседневном человеческом мире, позволяет использовать математику, которая может ускорить вычисления, невозможные для обычных компьютеров.
Основная проблема для квантовой индустрии заключается в том, что кубиты очень ненадежны. Квантово-механические процессы очень тонкие и легко ломаются тепловым или электромагнитным шумом. На данный момент крупнейшие чипы IBM, Google и Intel имеют около 50 кубитов.
Microsoft делает ставку на теоретическую версию важнейшего устройства, называемого топологическим кубитом, который, по прогнозам, будет более стабильным, чем существующие кубиты. Он основан на манипулировании давно теоретизированным, но только недавно замеченным субатомным феноменом, названным нулевым режимом Майорана — по имени итальянского физика, который таинственно исчез в 1938 году.
Хотя критическое явление было обнаружено, топологический кубит Microsoft по-прежнему не создан, несмотря на заявления топ-менеджера компании Тодда Холмдала о том, что он будет готов к концу прошлого года.
Несмотря на отсутствие собственных аппаратных средств для квантовых вычислений, Microsoft в понедельник представила новый компьютерный чип. Это обычный, не квантовый чип, но специально разработанный для работы при более низких температурах, способный помочь контролировать ожидаемые квантовые процессоры, когда они появятся.
Как и Google, и текущее квантовое оборудование IBM, будущие кубиты Microsoft потребуют охлаждения почти до абсолютного нуля в специальном холодильнике. Создание компьютерного чипа, способного продолжать работу в то время, когда он расположен рядом с квантовым процессором, может уменьшить количество проводов управления, которые должны быть подключены к электронике за пределами холодильника. Google, чьи квантовые чипы контролируются только внешней электроникой, заявил на прошлой неделе, что проводка была серьезной проблемой для этой технологии.
Источник: Портал 13
Невозможное возможно: квантовые компьютеры
Квантовые компьютеры смогут справиться с задачами, решить которые не удаётся обычным компьютерам. Но исследователи должны построить достаточно мощный квантовый компьютер. В данном видео от Nature рассматриваются проблемы и преимущества создания этой передовой технологии.
Новый рекорд: квантовая телепортация с использованием спутника
Об эксперименте, дающем возможности для создания надёжных квантовых коммуникаций.
Канадский квантовый компьютер на 2 кубита мощнее 6-кубитового.
Группа канадских ученых смогла собрать более мощный квантовый компьютер, не прибегая к увеличению квантовой разрядности или числа кубитов, пишет IT News.
Ученые собрали ключевой блок квантового компьютера из фотонного микрочипа и доступных электронных компонентов, которые используются в телекоммуникационном оборудовании. Им удалось создать соединенную пару фотонов, способную хранить десять значений. Кубит, или квантовый бит, обладает двухмерной природой и способен хранить два значения (бита) одновременно. С шестью кубитами, квантовый компьютер становится 64-разрядным. Однако фотонные пары нестабильны по своей природе, и чем больше таких пар, тем сложнее их сохранять соединенными, чтобы совершать вычисления. Поэтому увеличение числа кубитов — не самый лучший способ нарастить мощность квантового компьютера.
К такому выводу пришли год назад российские ученые из Московского физико-технического института и Российского квантового центра, которые предположили, что проще будет построить квантовый компьютер с меньшим количеством кубитов, но большей вместимостью. Они показали, как сделать компьютер с одним пятимерным кубитом, который будет мощнее двухкубитового.
Теперь же канадские исследователи представили фотонный чип, который объединяет два 10-мерных кубита, способный хранить больше информации, чем шестикубитовый квантовый компьютер. По словам ученых, есть потенциал для еще большего увеличения мощности, аналогичной той, которой обладает 12-кубитовый компьютер. Создание мультиразрядных квантовых компьютеров откроет двери для разработки более быстрых квантовых протоколов связи и более эффективных вычислений.
Как меняют мир квантовые технологии? | IQ
Мы слишком избалованы технологическими переменами. После рывка последних десятилетий многим кажется, что дальше остается ждать только улучшений уже известных технологий. Да как бы не так. Один из тех, кто прокладывает дорогу будущему, — Александр Львовский, профессор университета Калгари и руководитель научной группы Российского квантового центра. Смотрите новый выпуск с ним про квантовое будущее.
Квантовые компьютеры: принципы работы
По прогнозам экспертов уже совсем скоро, лет через 10, микросхемы в компьютерах достигнут атомных измерений. Представляется логичным, что грядет эпоха квантовых компьютеров, с помощью которых скорость вычислительных систем может повыситься на несколько порядков.
Идея квантовых компьютеров сравнительно нова: в 1981 году Пол Бениофф впервые теоретически описал принципы работы квантовой машины Тьюринга.
(справка: В 1930-х Алан Тьюринг впервые описал теоретическое устройство, представляющее собой бесконечную ленту, разделенную на маленькие ячейки. Каждая ячейка может содержать в себе символ 1 или 0, или же остается пустой.
Управляющее устройство перемещается по ленте, считывая символы и записывая новые. Из набора таких символов составляется программа, которую машина должна выполнить.
В квантовой машине Тьюринга, предложенной Бениоффом, принципы работы остаются теми же, с той разницей, что как лента, так и управляющее устройство находятся в квантовом состоянии.
Это значит, что символы на ленте могут быть не только 0 и 1, но и суперпозициями обоих чисел, т. е. 0 и 1 одновременно. Таким образом, если классическая машина Тьюринга способна одновременно исполнять лишь одно вычисление, то квантовая занимается несколькими вычислениями параллельно.)
Сегодняшние компьютеры работают по тому же принципу, что и нормальные машины Тьюринга – с битами, которые находятся в одном из двух состояний: 0 или 1. У квантовых компьютеров таких ограничений нет: информация в них зашифрована в квантовых битах (кубитах), которые могут содержать суперпозиции обоих состояний.
Физическими системами, реализующими кубиты, могут быть атомы, ионы, фотоны или электроны, имеющие два квантовых состояния. Фактически, если сделать элементарные частицы носителями информации, с помощью них можно построить компьютерную память и процессоры нового поколения.
Благодаря суперпозиции кубитов квантовые компьютеры изначально рассчитаны на выполнение параллельных вычислений. Этот параллелизм, по мнению физика Дэвида Дойча, позволяет квантовым компьютерам выполнять одновременно миллионы вычислений, в то время, как современные процессоры работают лишь с одним единственным.
30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, работающему с производительностью 10 терафлопс (триллион операций в секунду). Мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь гигалопсах (миллиард операций в секунду).
Другое важное квантовомеханическое явление, которое может быть задействовано в квантовых компьютерах, называется «запутанностью». Основная проблема считывания информации из квантовых частиц заключается в том, что в процессе измерения они могут изменить свое состояние, причем совершенно непредсказуемым образом.
Фактически, если считать информацию с кубита, находящегося в состоянии суперпозиции, получим лишь 0 или 1, но никогда не оба числа одновременно. А это значит, что вместо квантового, мы будем иметь дело с нормальным классическим компьютером.
Чтобы решить эту проблему, люди должны использовать такие измерения, которые не разрушают квантовую систему. Квантовая запутанность предоставляет потенциальное решение.
В квантовой физике, если приложить внешнюю силу к двум атомам, их можно «запутать» вместе таким образом, что один из атомов будет обладать свойствами другого. Это, в свою очередь, приведет к тому, что, например, измеряя спин одного атома, его «запутанный» близнец сразу примет противоположный спин.
Такое свойство квантовых частиц позволяет физикам узнать значение кубита, не измеряя его непосредственно.
В один прекрасный день квантовые компьютеры могут заменить кремниевые чипы, подобно тому, как транзисторы пришли на смену вакуумным трубкам. Однако современные технологии пока еще не позволяют строить полноценные квантовые компьютеры.
Тем не менее, с каждым годом исследователи объявляют о новых достижениях в области квантовых технологий, и надежда, что когда-нибудь квантовые компьютеры смогут превзойти обычные, продолжает крепнуть... аминь.
*Хронология:
1998 год:
Исследователям из Массачусетского технологического института удалось впервые распределить один кубит между тремя ядерными спинами в каждой молекуле жидкого аланина или молекулы трихлороэтилена. Такое распределение позволило использовать «запутанность» для неразрушающего анализа квантовой информации.
2000 год:
В марте ученые из Национальной лаборатории в Лос Аламосе объявили о создании 7-кубитного квантового компьютера в одной единственной капле жидкости.
2001 год:
Демонстрация вычисления алгоритма Шора специалистами из IBM и Стэнфордского университета на 7-кубитном квантовом компьютере.
2005 год:
В институте квантовой оптики и квантовой информации при Иннсбрукском университете впервые удалось создать кубайт (сочетание 8 кубитов) с помощью ионных ловушек.
2007 год:
Канадская компания D-Wave продемонстрировала первый 16-кубитный квантовый компьютер, способный решать целый ряд задач и головоломок, типа судоку.
С 011 года D-Wave предлагает за $11 млн долларов квантовый компьютер D-Wave One с 128-кубитным чипсетом, который выполняет только одну задачу – дискретную оптимизацию.
По материалам