Автор Тема: Квантовые вычисления  (Прочитано 37097 раз)

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13721
  • Репутация: +23/-106
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #80 : Июнь 29, 2020, 22:18:42 »
Google откроет доступ к своему квантовому компьютеру для коммерческих клиентов

Сейчас компания тестирует этот сервис



© AP Photo/Marcio Jose Sanchez

Корпорация Google в ближайшее время планирует открыть доступ к своим квантовым вычислительным устройствам для коммерческих компаний, которые смогут использовать его для решения своих задач. Об этом рассказал технический директор компании Хартмут Невен в рамках дискуссии на онлайн-площадке фонда "Росконгресс".

"Мы уже проверили эту систему в разных подразделениях Google. У нас уже есть соглашения с несколькими партнерами, которые планируют использовать мощности наших квантовых вычислительных устройств для проверки их собственных алгоритмов", – рассказал Невен.

В мире есть лишь несколько десятков работоспособных прототипов квантовых компьютеров, с помощью которых можно решать достаточно сложные математические или физические задачи. Для нормальной работы подобные машины нужно охлаждать до сверхнизких температур. Кроме того, для их эксплуатации нужно много высококвалифицированных инженеров, что ограничивает сферу их применения.

Три года назад компания IBM, один из лидеров "квантовой гонки", сделала большой шаг к снятию этих ограничений. Ее сотрудники создали интерфейс, с помощью которого можно управлять работой квантового компьютера и решать задачи на нем из интернет-"облака". Уже в 2018 году физики из США использовали это квантовое "облако" для того, чтобы просчитать силу связей между нуклонами в атоме дейтерия, тяжелого водорода.

Рождение квантовых "облаков"

Аналогичные планы, как отметил Невен, есть и у Google. По его словам, американская корпорация уже построила для этого специальный вычислительный центр в Санта-Барбаре (Калифорния, США), создала инфраструктуру и программную основу для этой системы и сейчас проводит ее внутреннее тестирование.

"Мы надеемся, что наш проект будет привлекать все больше пользователей по мере разработки все более мощных квантовых процессоров, которые будут находить все больше применений", – добавил Невен.

При этом ученый отметил, что существующие квантовые вычислительные машины пока не очень эффективно справляются с предполагаемой главной целью для подобных устройств – решением задач оптимизации, в том числе дорожного трафика или денежных потоков. Это связано с тем, что при переходе на квантовые компьютеры эти алгоритмы ускорились лишь незначительно. Кроме того, каждый цикл работы таких машин длится слишком долго, несколько микросекунд.

"В ближайшем будущем мы сможем использовать квантовые компьютеры для анализа данных, которые получают спектроскопы ядерного-магнитного резонанса, применяемые при изучении структур белков и других молекул, а также для подготовки данных для обучения нейросетей. В последнем случае уже существующие у нас системы превосходят классические компьютеры, а в первом мы близки к решению этой задачи, в том числе и благодаря участию выходцев из России", – подытожил Невен.



Источник: ТАСС

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13721
  • Репутация: +23/-106
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #81 : Июнь 29, 2020, 22:21:35 »
Представлен самый мощный квантовый компьютер

Американская корпорация Honeywell объявила о создании самого мощного квантового компьютера в мире.



honeywell

В компании говорят о том, что они измерили мощность компьютера, применив особенную метрику — «квантовый объем» (разработанный IBM). Она учитывает количество квантовых бит «кубитов», а также и другие важные характеристики в квантовых вычислениях как, например, частоту ошибок.

Компьютер имеет квантовый объем — 64. Предыдущее «квантовое» достижение — это процессор Sycamore от Google в 53 кубита. По словам разработчиков, новый подход, который лег основу компьютера больше не основывается на простом количестве кубитов, но также и на их качественном уровне, главным образом, на проценте их ошибок. По словам главы компании, Тони Утли, только учитывая эти характеристики, можно понять реальную мощность квантового компьютера.

Цитировать
Как заявляет Уитли, первые конкретное применение квантовых суперкомпьютеров настанет тогда, когда обычные суперкомпьютеры не смогут выполнять сложные вычисления. Именно тогда и придет время квантовых компьютеров, использующий другой подход, который позволит осуществлять более сложные операции.

Стоит отметить, что превосходство квантового компьютера перед классическим заключается в том, что квантовый вычислитель оперирует не обычными битами, а квантовыми — кубитами. В отличие от битов, которые в каждый момент времени могут находиться только в одном из двух состояний — 0 или 1, кубиты принимают оба эти значения с некоторой вероятностью.



Источник: ПМ

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13721
  • Репутация: +23/-106
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #82 : Сентябрь 17, 2020, 22:25:34 »
Число кубитов в квантовых компьютерах резко увеличится

Компания IBM объявила о том, что к 2023 году ею будет создан более чем 1000 кубитный квантовый компьютер. Более того в компании заявили, что скоро может появиться и процессор с квантовым объемом более миллиона кубитов. Новый чип уже имеет имя - это Quantum Condor.



Steve Jurvetson

Объявленная «дорожная карта» по созданию квантовых компьютеров включает несколько этапов и, соответственно, появление новых квантовых процессоров. В 2021 году должен появится процессор на 127 кубитов, а 433 на кубитов в 2022 году. А собственно в 2023 году эта «карта» предполагает появление квантового компьютера на 1121 кубит. Что касается проекта «кубитового миллионника», то IBM пока не называет год его выхода, но в тоже время, в компании говорят о «не слишком отдаленном будущем», когда он будет разработан.

Уже сейчас компания для создания Quantum Condor и его будущих поколений, IBM инвестирует в мощные охладительные системы, самые большие из когда либо сделанных для охлаждения.

IBM была одной из первых компаний, сконцентрировавшихся на создании квантовых компьютеров, и за последние два года, похоже, компенсирует отставание, от компании Google. Максимальное квантовое достижение последней — это процессор Sycamore в 53 кубита. В июне этого компания Honeywell заявила о создании компьютера с квантовым объемом — 64.

Источник: ПМ

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13721
  • Репутация: +23/-106
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #83 : Сентябрь 24, 2020, 18:36:16 »
Китай рассчитывает за десять лет разработать квантовый компьютер

Тайваньский сайт DigiTimes в очередном дайджесте напоминает, что власти КНР ставят перед национальными разработчиками цель на текущую пятилетку, которая подразумевает получение так называемых «полупроводниковых материалов третьего поколения» типа нитрида галлия и карбида кремния.


Источник изображения: Intel

Кроме того, в сфере литографии китайские производители должны к середине текущего десятилетия освоить 7-нм технологию. Ну, а разработчики квантовых компьютеров должны показать какие-то положительные практические результаты к концу десятилетия. Задача-максимум для китайцев – полностью избавиться в полупроводниковой сфере от американской зависимости. Санкции против Huawei со стороны США продемонстрировали, насколько Китай в этом вопросе сейчас уязвим.

Источник: Overclockers.Ru

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13721
  • Репутация: +23/-106
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #84 : Октябрь 17, 2020, 19:25:19 »
Квантовые компьютеры: смогут ли их создать и как они будут устроены



Современная цифровая цивилизация напрямую зависит от компьютеров, которые становятся все мощнее, меньше и дешевле. Сегодня средний размер транзистора, базового элемента компьютеров, составляет 14 нм — примерно в восемь раз меньше диаметра ВИЧ. Прогресс не стоит на месте: ученые приблизились к физическому пределу технологии — созданию транзистора размером с атом, центральный компонент которого размером всего 1,5 нм. Но при таких размерах уже начинают работать квантовые эффекты: электроны могут перескакивать по другую сторону закрытого затвора с помощью квантового туннелирования. Ученые хотят обратить это свойство в свою пользу, разработав квантовые компьютеры.

В традиционных компьютерах единицей информации является бит, а в квантовых — кубит. Бит находится только в одном из состояний: либо ноль, либо единица. Кубит с некоторой вероятностью может быть в обоих этих состояниях. Что в квантовой механике и называется суперпозицией.

Из битов в состояниях 1 и 0 можно составить только четыре пары (00, 01,10 и 11). А вот количество состояний для кубитов составляет 2 в степени n. Для четырех кубитов это 2 в четвертой степени, то есть 16. А для 10 — уже 1024. И это число растет экспоненциально с каждым новым кубитом. 20 кубитов могут хранить уже больше миллиона значений одновременно. А на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной. Еще одно странное свойство кубитов — запутанность, когда каждый кубит мгновенно реагирует на изменение состояния другого кубита. Измерив один кубит, мы можем узнать состояние другого кубита, запутанного с ним.

Обычный компьютер выполняет алгоритм только для одного набора данных. Квантовый логический элемент может обработать несколько входных значений. Задача исследователей — управлять кубитами так, чтобы каждый выполнял свое собственное задание. Тогда вычисления будут проводиться параллельно. Благодаря увеличению количества состояний квантовый компьютер сможет получать результат быстрее, чем обычный, — это квантовое превосходство.

Предполагается, что квантовые компьютеры будут использоваться для решения сложных задач корреляции — например, нахождения элементов в базах данных, шифровки и дешифровки данных. Еще одно важное применение — моделирование молекул. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить перебор параметров и поиск нужных корреляций, что позволяет получить заданные свойства. Ученые и бизнесмены надеются на революцию в медицине, органической химии и материаловедении. На качественно новый уровень выйдут возможности систем искусственного интеллекта.


ГК «Росатом»

Правда, пока проблема заключается в том, что вы получаете результат с вероятностью, которая может быть меньше 100%. Так что в некоторых областях квантовые компьютеры не могут заменить классические. Ученым только предстоит решить проблемы считывания и интерпретации полученных результатов и коррекции ошибок. Если все заработает, мы будем жить в эпохе совсем иных технологических возможностей. Важность создания квантовых компьютеров для государства сравнима с важностью атомных технологий в XX веке — по влиянию на экономику и обороноспособность, и все ведущие державы вступили в квантовую гонку. И по сложности фундаментальных задач, и по объему новых технологий, которые предстоит освоить, все это напоминает знаменитый «атомный проект». Государство привлекает лучших ученых страны, однако специалисты говорят о необычайно сложной административной задаче управления и синхронизации разных групп ученых и целых отраслей промышленности. Неслучайно во главе проекта «Квантовые вычисления» была поставлена госкорпорация «Росатом». За четыре года требуется совершить невероятное — создать к 2024 году отечественный 100-кубитный квантовый компьютер. «Популярная механика» пообщалась с участниками проекта и заразилась от них оптимизмом.

Хитрая технология

Квантовые вычисления не универсальны, они не способны заменить традиционные компьютеры. «Информация обрабатывается хитро, мы пользуемся всем большим пространством состояний, чтобы ее переваривать, но наши возможности считать ее оттуда невелики. Потому что при измерении у вас происходит коллапс до двоичного кода, — говорит старший научный сотрудник Центра квантовых технологий МГУ, руководитель сектора квантовых вычислений Станислав Страупе. — Поэтому квантовые алгоритмы — наука о том, как извлечь из этого многомерного пространства полезную информацию за небольшое количество измерений». Математический аппарат квантовой теории готов с середины XX века, и сейчас проблема не в математике, а в аппаратной реализации. Главные технологии, на которых сосредоточены все усилия, — ионные ловушки, нейтральные атомы, фотоны и сверхпроводники. Как и в атомном проекте, никто точно не знает, какая из технологий выйдет в итоге в лидеры, поэтому развивать требуется все.

Сверхпроводники

Сегодня вперед вырвались квантовые компьютеры на базе сверхпроводников. Физика сверхпроводников хорошо изучена, поэтому IBM, Google и D-Wave используют эту технологию. В сообщении Google о достигнутом квантовом превосходстве речь шла именно о процессоре на базе сверхпроводников.

«Кубиты просто электрические цепи, — говорит научный сотрудник группы «Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы» Российского квантового центра Илья Беседин. — Единственное отличие от нелинейного колебательного контура, который проходят в школе, то, что в качестве нелинейной индуктивности используется джозефсоновский контакт — явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника». И если в классической электронике все состоит из транзисторов, то в сверхпроводниковой электронике все делают из джозефсоновских контактов, которые являются хорошими нелинейными элементами.

В качестве сверхпроводника используется алюминий, который становится сверхпроводящим при температуре 1,2 градуса Кельвина. Для того чтобы кубиты работали, требуются очень низкие температуры. У всех платформ есть некоторая технология, которая выключает взаимодействие с окружением. В сверхпроводниках — сверхнизкие температуры.

«Рабочая температура нашей установки — 0,01 градуса Кельвина, — говорит Илья. — С этой температурой особенно проблем нет: существуют промышленные криостаты, которые создают нужные условия. Их можно купить, в отличие от маленького чипа, который и обеспечивает квантовые вычисления». Такой компьютер в мобильные телефоны точно не интегрируешь, но и зачем? IBM, Google и Intel просто предоставляют облачный доступ к квантовым компьютерам. Это выгодно, даже если у вас обычный суперкомпьютер, а если квантовый — тем более. «Ничего особо не выиграешь, если у тебя квантовый телефон, — смеется Илья, — трудно представить задачи, которые он мог бы решать и которые не могут подождать соединения с облаком».

Ионы и атомы

Но и у сверхпроводящей технологии есть проблемы, которых нет в системах на ионах и нейтральных атомах. Ионы и атомы — естественная реализация квантовой системы, так как они фундаментально все одинаковы, а сверхпроводники — искусственные структуры, поскольку они делаются литографией, и все они разные. Помимо того, что нужно корректировать ошибки, с каждым кубитом надо «разговаривать» на его частоте. К тому же все сделано на твердотельной электронике, которая имеет прямой контакт с окружающей средой, и процессы разрушения квантовости там сильные.

В системах на ионах все очень классно, пока их немного. У них потрясающее качество логических операций, так как заряженные частицы прекрасно взаимодействуют между собой. Но есть проблемы в том, чтобы сделать сотни ионных кубитов. Ионы ловятся электрическими полями. «Не проблема сделать цепочку из ста ионов, — говорит руководитель научной группы по созданию квантового компьютера на холодных ионах Российского квантового центра Кирилл Лахманский. — Но увеличить больше сотни очень трудно. Проблемы начинаются, когда нужно расположить цепочки рядом, поставить две ловушки очень близко друг к другу. Масштабирование — главная проблема при работе с ионами».


@Vostockphoto

Изолированные ионы и нейтральные атомы висят почти в абсолютном вакууме. В квантовых компьютерах на базе холодных атомов используются сфокусированные лазерные лучи, которые могут в области максимальной интенсивности удерживать атомы. Используя лазерные световые ловушки, можно делать решетку из сотен узлов и в каждый поместить одиночный нейтральный атом, который играет роль физического кубита. Увеличение числа кубитов не требует принципиального изменения установки. «Сложности начинаются с логическими операциями, — говорит Станислав Страупе. — Чтобы квантовое состояние распадалось медленнее, чем выполнялся алгоритм, надо научиться делать стабильные кубиты и совершать быстрые операции. С этим проблема во всех технологиях».

Со скоростью света

Квантовые вычисления на фотонах на данный момент находятся дальше всего от практического применения по сравнению с конкурирующими платформами. Если на холодных атомах, ионах и сверхпроводниках созданы уже десятки кубитов, то с фотонами дело обстоит несколько по‑иному. «Тем не менее платформа невероятно привлекательна, — утверждает старший научный сотрудник группы «Квантовая оптика» Александр Уланов. — По двум причинам. Во‑первых, фотон — идеальный переносчик информации в квантовом мире, так как практически не взаимодействует с окружающей средой. Во‑вторых, он перемещается со скоростью света. Это гигантское преимущество для квантовых коммуникаций».

Уникальность фотонов еще в том, что они допускают кодирование информации двумя способами — дискретным, при помощи поляризации, и непрерывным, поэтому российская дорожная карта подразумевает как развитие дискретных вычислений, так и непрерывные симуляции на фотонах.

Но есть и проблемы, связанные с этой технологией. Они частично объясняют ее отставание от других платформ. Первая — фотонами сложно управлять. Однокубитные операции делать довольно легко, а вот двухкубитные — сложнее, по словам Александра. Так устроена природа: одну частицу можно изолировать и делать с ней очень точные манипуляции. Если частиц две, то их нужно не просто изолировать, но и заставить взаимодействовать, обмениваться квантовой информацией. Еще одна проблема — квантовая память для света. Если у нас есть какое-то квантовое состояние фотона, то сохранить его, а потом извлечь с большой эффективностью и точностью — очень сложная задача, и практически она еще не решена.


ГК «Росатом»

Если математическая модель, которая используется для вычислений с помощью сверхпроводников, ионов и атомов, понятна, то у фотонов гораздо большее многообразие способов квантовых вычислений. Этот потенциал приковывает к ним большой интерес. Фотоны — подарок природы. На это направление возлагаются большие надежды, поскольку школа, которая стоит за фундаментальной оптикой, в России достаточно сильная. «В эту гонку можно смело вклиниться, — считает Александр Уланов. — Здесь наше отставание от мировых лабораторий не является катастрофическим. Все проходится за разумные сроки при выполнении условий, одно из которых — наличие собственного производства фотонных интегральных схем».

Ближе к человеку

Еще одна большая задача — программное обеспечение квантовых вычислений, которое выстраивает связь от квантового процессора к конечному потребителю. Для этого требуется несколько уровней сложнейшей математики. Первый уровень, который очень близок к физике, решает задачи, как на конкретной физической платформе реализовать операции: проанализировать, какие состояния наилучшим образом подходят для реализации, и, выбрав достаточное количество простых операций, построить из них универсальный набор квантовых логических элементов. Кроме того, необходимы методы оптимального управления состояниями квантового процессора, то есть нужно правильно построить систему и защитить ее от внешнего окружения. На этом этапе теоретики очень плотно общаются с экспериментаторами и интересуются, как работают кубиты, какие операции можно делать параллельно, а какие — обязательно последовательно, какие кубиты можно измерять, а какие — нет.

Дальше идут методы подавления и исправления ошибок. Из-за воздействия декогеренции — потери квантовой информации — возникают ошибки в ходе вычислений, и математически можно либо подавить их влияние на вычисления, либо вовсе их устранить. Это уже квантовые аналоги кодов коррекции ошибок в классических вычислениях. «В квантовом мире суперэффективных кодов коррекции ошибок пока нет, — утверждает профессор МФТИ, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Алексей Федоров, который и занимается теоретическим сопровождением проекта квантовых вычислений. — Это одна из больших задач».

На следующем уровне абстракции есть квантовый компьютер как ресурс, работающий с ошибками или без. И нужно понять, как построить квантовый алгоритм для решения конкретных задач. Как заставить эту квантовую магию работать? «Строить квантовые алгоритмы — настоящее искусство, — говорит Алексей,. — Их придумано не так много за последнее время — десятки. Это почти магия — заставить квантовую физику работать над решением конкретных задач».

На все это наслаивается более прикладная, но не менее интересная задача — как встроить все это в традиционные инструменты для разработки программного обеспечения? Потому что конечные пользователи систем вовсе не специалисты по квантовым вычислениям. Требуется создать набор библиотек или алгоритмов для традиционных средств разработки, чтобы специализированные задачи отправлялись на квантовые процессоры — QPU, как сейчас графика обрабатывается на специализированных графических процессорах — GPU. Имея такой инструмент, очень абстрагированный от реального «железа», можно максимально приблизиться к конечному пользователю.

Однако это еще не все. «Часть пользователей квантовых компьютеров — ученые, — говорит Алексей Федоров. — Для них нужно создать графическую и максимально приближенную к квантовому компьютеру среду разработки. Чтобы люди обучались и понимали, как работает квантовый компьютер. Чтобы они выбирали кубиты и делали с ними реальные логические операции».

И все это — за четыре года.

Источник: ПМ

 

Последние сообщения на форуме:

[Беседка] Re: Шутка юмора :) от Новичёк Октябрь 19, 2020, 20:07:07
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 18, 2020, 22:50:19
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 18, 2020, 22:31:33
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 18, 2020, 22:24:38
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 18, 2020, 22:02:10
[История] Египетские пирамиды и мифы от Новичёк Октябрь 18, 2020, 21:59:23
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Октябрь 18, 2020, 21:55:31
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Октябрь 18, 2020, 21:52:25
[Беседка] Re: Шутка юмора :) от Новичёк Октябрь 18, 2020, 16:42:50
[Наука] Re: DEFCON от digitalman Октябрь 18, 2020, 02:41:46
[Наука] Re: Новости науки и технологии от digitalman Октябрь 18, 2020, 02:39:27
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:51:12
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:40:22
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:29:51
[Экономика] Re: Криптовалюта от digitalman Октябрь 17, 2020, 19:28:53
[Наука] Re: Квантовые вычисления от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:25:19
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от digitalman Октябрь 17, 2020, 19:13:38
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:10:48
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:05:57
[Экономика] Re: Криптовалюта от Новичёк Октябрь 17, 2020, 19:01:51
 Rambler's Top100