0 просмотренных постов скрыто
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.
Компания IBM представила и подключила к облаку 16-кубитовый квантовый компьютер, приглашая ученых протестировать на нем квантовые вычислительные алгоритмы. Google же планирует запустить 49-кубитовый компьютер до конца этого года.
Показать полностью
Физики из Канады и России создают многомерный квантовый компьютер
Кубиты представляют собой одновременно ячейки памяти и вычислительные модули квантового компьютера, которые могут хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря законам квантовой физики. Объединение нескольких кубитов в вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи перебора заняло бы время, сопоставимое со сроками жизни Вселенной.
Физики из России и Канады создали первый кремниевый чип, способный и хранить в себе, и манипулировать многомерными кубитами, элементарными ячейками квантовой памяти, что позволит упростить архитектуру квантовых компьютеров и ускорить их создание, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
«На данный момент мы научились управлять десятью частотами. В системе из двух фотонов это обеспечило стомерность квантовых состояний. Повышая точность изготовления резонатора и электроники, отвечающей за разложение спектра, можно будет работать почти с сотней различных цветов. Именно такая тонкая настройка позволит нарастить число квантовых состояний системы», — рассказывает Роберто Морандотти (Roberto Morandotti), профессор Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
Как рассказал РИА «Новости» Алексей Устинов, один из ведущих ученых Российского квантового центра, физики быстро научились изготавливать одиночные кубиты, способные жить достаточно долго для ведения вычислений. С другой стороны, попытки объединить несколько кубитов сталкиваются с большими трудностями из-за того, что записать и считать данные из них не так просто, как изначально казалось.
По этой причине многие ученые, в том числе и ряд физиков из России, идут иным путем — они не соединяют несколько кубитов в единую сеть, а пытаются «утрамбовать» большое количество ячеек квантовой информации внутри одного кубита. Условно говоря, такие кубиты, которые ученые называют кудитами или кутритами, могут хранить в себе не один спектр значений, а два, три или даже больше.
Морандотти и его коллеги из зарубежных вузов и научных учреждений нашли радикальное решение этой проблемы, создав чип, позволяющий «утрамбовывать» практически неограниченное количество квантовых данных в пары запутанных фотонов и считывать их при необходимости.
Этот чип, как рассказывают ученые, представляет собой микрорезонатор — полое кремниевое кольцо, внутри которого свет будет двигаться по кругу, отражаясь от стенок. Чип можно построить таким образом, что определенные импульсы будут усиливаться, а другие — гаситься, что и позволяет получать лазерные импульсы с «гребенчатым» спектром, который удобно использовать для кодирования отдельных ячеек памяти.
Благодаря этому количество значений, кодируемых в подобном световом кубите, будет зависеть только от того, насколько точно приборы смогут видеть эту световую «расческу» и различать ее отдельные «зубья».
Помимо создания квантовых компьютеров, подобные резонаторы и системы кодирования сигнала можно применять и для других целей — передачи запутанных фотонов на большие расстояния и работы сверхточных квантовых линеек. В качестве демонстрации ученые выработали пары запутанных фотонов и передали их на расстояние в 24 километра, используя обычное оптическое волокно.
Главной проблемой подобных многоуровневых кубитов, как признают физики, является то, что частицы света могут периодически теряться при передаче на большие расстояния, что накладывает жесткие ограничения на максимальное число частиц, способных одновременно участвовать в вычислениях. С другой стороны, данная проблема нивелируется тем, что ученые теперь могут обходить это ограничение, повышая уровень многомерности кубитов.
«Объединив на одном чипе генерацию многомерных запутанных фотонов с их сверхбыстрой обработкой, мы показали, что квантовыми системами можно управлять посредством стандартных телекоммуникационных элементов, таких как модуляторы и частотные фильтры. Это упростит развитие и распространение технологии», — заключает Хосе Азана (Jose Azana), коллега Морандотти по Национальному исследовательскому научному институту Канады в Квебеке.
Источник: http://helpform.ru/814777
Показать полностью
Квантовая гонка вооружений: Китай пошел на обгон США
На прошлой неделе стало известно, что ученые из Китайского научно-технологического университета (Шанхай) разработали новый прототип квантовой вычислительной машины. Кроме того, на днях они пообещали к 2018 году создать и 30-кубитную квантовую систему, которая будет в состоянии соревноваться с самыми мощными "обычными" компьютерами". Китай работает над созданием квантового компьютера, превосходящего по скорости вычисления современные аналоги. Новость имеет большое значение для военной сферы, где возможное применение квантовых компьютеров обсуждается все чаще. И все ведущие страны стремятся быть именно первыми в создании подобных машин.
Эффекты технологии
Первые и самые очевидные последствия создания одной из стран действительно работающего квантового компьютера — это почти мгновенный взлом военных и инфраструктурных систем шифрования вероятного противника, что в случае военного конфликта дает огромное преимущество.
Более того, по мнению американских аналитиков, другие страны уже сейчас активно воруют зашифрованные данные у США. Они пока просто хранят их, ничего с ними не делая, так как ожидают, что где-то через десять лет квантовый компьютер будет создан — и вот тогда-то они получат доступ к секретной американской информации.
Скорость вычисления и обработки данных также позволит значительно усовершенствовать работу беспилотных и роботизированных военных автономных машин, на которые и будет возложена миссия непосредственного ведения боевых действий в уже обозримом будущем. Упрощенно говоря, военные роботы страны, первой создавшей квантовый компьютер, будут принимать решения быстрее, действовать точнее, "работать" по большему числу целей, лучше "видеть" все поле боя и просчитывать "ходы" дальше, чем роботы противника. А значит — будут побеждать.
Квантовые компьютеры могут быть использованы также в проектировании новых видов оружия, новых материалов, новых конструкций и даже в разработке новых стратегий ведения войны. Прогнозирование, безусловно, входит в область применения квантовых компьютеров. Рей Джонсон, бывший технический директор Lockheed Martin, как-то заявил, что квантовый компьютер позволит прогнозировать, как поведет себя программное обеспечение спутников при вспышке на солнце или после ядерного взрыва.
Выгоды от возможной реализации квантовых вычислений для военных очевидны. Поэтому Россия, США, Китай, Канада, Япония, Израиль и страны Европы стремятся все активнее завоевать и пальму первенства в данных разработках.
Российские проекты
В начале этого года руководитель проектной группы Фонда перспективных исследований (ФПИ) Максим Вакштейн заявил: "В ФПИ в 2016 году стартовал проект по созданию квантового компьютера на основе сверхпроводящих технологий. Технологии, которые планируется создать в рамках данного проекта, позволят нашей стране занять достойные позиции в гонке за создание "компьютера будущего".
Также в конце 2016 года стало известно, что Российский квантовый центр и Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" объявили о запуске совместного проекта "Квантовый центр".
Оборудование лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС", занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьютера
Об интересе к квантовым технологиям не раз говорил и сооснователь частной ИТ-компании Acronis Станислав Протасов.
Военное применение — тоже в сфере внимания. Год назад госкорпорация "Росатом", Фонд перспективных исследований и Министерство образования и науки России договорились о совместном трехлетнем проекте по разработке квантового компьютера. Финансирование проекта, предположительно, составит 750 миллионов рублей. Ведущей организацией проекта стало предприятие ядерного оружейного комплекса Росатома "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Духова".
Директор департамента науки и технологий Минобрнауки Сергей Салихов в связи с этим заявил: "Мы впервые входим в такой серьезный проект, где границы фундаментальной и прикладной науки достаточно условны и его результаты будут иметь существенное значение для обороноспособности страны".
Разные военно-технологические подходы Китая и США
Американские эксперты сравнивают победу в гонке за созданием квантового компьютера с высадкой человека на Луну, но отмечают, что если американцы не будут первыми, то последствия "могут быть гораздо серьезнее, чем если бы они проиграли лунную гонку".
Бывший член группы квантовых вычислений в IBM, а ныне глава собственной компании Чад Ригетти заявил: "Вычислительное превосходство является фундаментальным фактором для долгосрочного экономического превосходства и безопасности. Наша стратегия должна рассматривать квантовые вычисления как способ вернуть американское превосходство в высокопроизводительных вычислениях".
Считается, что благодаря инвестициям в разработку квантового компьютера такими компаниями, как Microsoft, Intel, IBM, D-Wave и Google, сегодня именно США лидируют в этой области. Но такая уверенность может быть обманчива. Представители Белого дома в США уже заявляли в прошлом году, что превосходство Вашингтона в вычислительных технологиях находится "под осадой" и надо инвестировать больше в квантовые технологии.
В США в год из учебных заведений выпускается чуть более полумиллиона студентов со специальностью в STEM (естественные науки, технологии, инженерия и математика). В Китае таковых 4,7 миллиона ежегодно. Китай уже запускает невзламываемые хакерами спутники с квантовой связью, строит "квантовые радары", "квантовые линии связи" на сотни километров и делает самые быстрые в мире суперкомпьютеры. Европа фокусируется на создании квантового компьютера в ближайшие десять лет и инвестирует в программу "Квантовый флагман" около миллиарда долларов.
Чип компании D-Wave Systems Inc., предназначенный для квантовых вычислений
Государственные же инвестиции США в квантовые разработки пока не превышают 200 миллионов долларов. Вся надежда — на успех частных корпораций.
В военной сфере США пока "разбрасываются", одновременно занимаясь большим количеством проектов по созданию новых военных технологий, нащупывая перспективные направления, испытывая прототипы лазерного оружия, беспилотных систем, гиперзвуковых боеприпасов и т. п. Существует риск, что в итоге из-за недофинасирования ни одно из направлений не будет доведено до реального технологического прорыва.
Китай же, как предупреждают сами американские военные эксперты, сосредоточился на долгосрочных инвестициях в узкой области, и эти планы прописаны на годы вперед.
Если Китаю удастся стать лидером "квантовой революции", то кардинально изменится геополитическая и военная картина мира.
Показать полностью
2
Квантовые компьютеры имеют более высокие ограничители скорости, чем считалось ранее
К такому выводу пришел Стивен Джордан, теоретик из Национального Института Стандартов и Технологий (НИСТ). По его словам, все зависит от того, как быстро система может переключать свое состояние.
Скорость переключения эквивалентна «тактовой частоте» обычных процессоров. Для выполнения вычислений процессор отправляет математические инструкции, известные как логические операции, которые изменяют конфигурации коммутаторов. Современные процессоры имеют тактовые частоты, измеренные в гигагерцах, что означает, что они способны выполнять несколько миллиардов элементарных логических операций в секунду.
Так как они используют мощь квантовой механики для выполнения своих вычислений, квантовые компьютеры обязательно будут иметь качественно иную архитектуру, чем современные машины. Их коммутаторы, называемые квантовыми битами или «кубитами», могут представлять не только 1 или 0, как это делают обычные процессоры; Они смогут одновременно представлять несколько значений, предоставляя им полномочия, которыми не обладают обычные компьютеры.
Используя математику квантовых систем, Стивен Джордан показывает, что можно спроектировать квантовый компьютер, который не сильно зависим от потребляемой энергии. Фактически, при правильном дизайне, по его словам, компьютер «мог выполнять сколь угодно большое количество логических операций, только перескакивая через постоянное число различных состояний».
Речь не идет о том, что квантовый компьютер независим от потребляемой энергии. Ученый указывает на то, что при грамотной архитектуре, можно будет на порядок (или несколько порядков) обойти скорость работы современных квантовых вычислительных систем.
Источник:
http://t-human.com/news/quantum-computers-have-higher-speed-...
Показать полностью
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.