Автор Тема: Квантовые вычисления  (Прочитано 39290 раз)

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • 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: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • 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: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • 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: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • 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: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • 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

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #85 : Октябрь 24, 2020, 00:18:08 »
Новая технология поможет создать большие квантовые компьютеры

Физики представили технологию управления сразу несколькими кубитами с помощью лазерных лучей. Она позволяет выполнять даже самые чувствительные к ошибкам операции квантовой логики.



The Conversation

Чем больше кубитов в компьютере, тем труднее избежать ошибок в его работе. Теперь физики придумали, как управлять множеством кубитов с помощью нескольких лазерных лучей

В квантовых компьютерах для передачи и обработки информации используются кубиты. В отличие от обычных битов, которые кодируют информацию с помощью нулей и единиц, кубиты могут также находиться в суперпозиции этих состояний. Это позволяет проводить параллельные вычисления, которые на порядок увеличивают мощность устройства.

Но у квантовых вычислительных систем есть ряд проблем. Самая главная связана с их стабильностью. Чтобы кубиты могли работать, необходимо исключить все помехи и источники ошибок. При этом, чем больше кубитов в системе, тем сложнее ими управлять, так как количество ошибок возрастает. Но ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха придумали, как можно управлять многокубитной системой с помощью нескольких лазеров.

Ученые использовали кубиты на основе захваченных ионов. До сих пор на основе захваченных ионов можно было создавать системы только из не более чем десятка кубитов. Такие ионы должны находиться при температурах чуть выше абсолютного нуля и любые возмущения, в том числе создаваемые лазерными лучами, могут повлиять на их стабильность.

Авторы новой работы заказали на заводе полупроводников специальные чипы с золотыми электродами и волноводами для лазерного света. На одном конце чипа стекловолокно переносит свет в волноводы размером всего 100 нанометров. Каждый волновод приводит к определенной точке на чипе, где свет перенаправляется к захваченным ионам на его поверхности.

На таком чипе исследователи смогли осуществить несколько квантовых логических операций, сохраняя при этом низкий уровень ошибок. Теперь физики хотят усовершенствовать технологию для проведения на чипе более сложных операций с большим количеством кубитов.

Источник: ПМ

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #86 : Ноябрь 08, 2020, 18:20:52 »
Для квантового интернета создали первый «модем»

Немецкие физики создали довольно простой и эффективный «квантовый модем», преобразующий сигналы от квантового компьютера в информацию, которую можно передать с помощью фотонов по обычным оптоволоконным сетям.



Christoph Hohmann (MCQST)

Интернет-соединение, которое невозможно взломать — это кошмар всех мошенников и работников спецслужб. Но такая связь способна обезопасить каждого из нас. Новый шаг на пути к созданию полноценного квантового интернета сделали немецкие физики — они создали первый квантовый «модем»

Квантовый интернет пока практически не выходит за рамки лабораторий. Этот вид связи, согласно ученым, обладает самым высоким уровнем защиты: прочитать информацию, передаваемую с помощью такой технологии, невозможно. Если мошенник попытается получить доступ к передаваемой информации, квантовое состояние частиц изменится и будет отличаться от изначального. Более того, система быстро распознает взлом и прекратит передачу данных.

Масштабировать такую систему сегодня мешает сложность преобразования состояний кубитов в фотоны и обратно. На этом этапе теряется значительная часть информации, которую содержит кубит. Новый «квантовый модем», созданный физиками из Института квантовой оптики Общества Макса Планка, может эффективно преобразовывать сигналы стационарных кубитов, входящих в состав квантовых компьютеров, в сигнал, который можно с помощью фотонов передать по оптоволокну.

Новое устройство может создавать и принимать фотоны, длина волны которых находится в инфракрасном спектре. Модем состоит из атомов эрбия, которые играют роль кубитов. При взаимодействии с фотонами, их электроны переходят на более высокий энергетический уровень. Нахождение на этом уровне невыгодно для электронов, поэтому они вскоре перемещаются обратно, излучая фотон. Вышедший фотон имеет определенную длину волны, характерную только для атомов этого элемента. Ученые «ловят» свет на этой длине волны и таким образом могут расшифровывать квантовую информацию.

Для передачи данных используется обратный алгоритм: в модем направляются фотоны определенной длины волны, которые индуцируют перескок электронов и последующую генерацию фотонов атомами. Чтобы создать такую систему, ученым пришлось поместить атомы эрбия в кристалл силиката иттрия и охладить все это до температуры в -271°C.

Источник: ПМ

Оффлайн Новичёк

  • Administrator
  • Hero
  • *****
  • Сообщений: 13930
  • Репутация: +27/-107
    • Личное сообщение (Оффлайн)
Re: Квантовые вычисления
« Ответ #87 : Ноябрь 08, 2020, 18:30:41 »
«Квантовый объем» - потребительский «индекс крутизны» или важная метрика

Концепция «квантового объёма» от IBM предлагает вынести измерение прогресса в квантовых вычислениях за пределы простого подсчёта кубитов.

Поскольку квантовые компьютеры способны выполнять сложные вычисления, не скончаемы попытки количественно оценить их мощность. В IBM придумали термин «квантовый объём» для измерения прогресса в области квантовых вычислений, пока квантовые технологии ещё далеки от идеала.



Измерение прогресса в области квантовых компьютеров в эпоху «зашумлённых» квантовых вычислений может оказаться сложной задачей. Некоторые компании, в частности, IBM и Honeywell, остановились на такой мере прогресса, как «квантовый объём». Однако не все компании и исследователи соглашаются с полезностью этой меры в мире квантовых вычислений.

В идеальном мире исследователи могли бы измерять прогресс квантовых вычислений на основе количества квантовых битов (кубитов) в каждом из компьютеров. Однако шум от теплового движения или электромагнитных источников постоянно угрожает разрушительным вмешательством в вычисления, проводимые хрупкими кубитами. В результате очень сложно надёжно оценить возможности квантовых компьютеров на основании одного лишь общего количества кубитов. Поэтому исследователи из IBM предложили ввести концепцию квантового объёма как более надёжную меру, применимую на данном этапе развития пока не идеальной технологии квантовых вычислений.



«Можно представить себе квантовый объём как среднее количество цепей квантового компьютера, работающих в наихудших условиях», — говорит Джей Гамбетта, научный сотрудник и вице-президент по квантовым вычислениям в IBM. «Результат означает, что если это «наихудшее условие» возможно, то квантовый объём будет мерой качества цепей. Чем выше качество, тем более сложные цепи смогут работать на квантовых компьютерах».

Если точнее, то команда IBM определяет квантовый объём как два в степени, соответствующей размеру самой крупной цепи с одинаковой шириной и глубиной, способной пройти определённые испытания на надёжность. В испытаниях проверяются случайные двухкубитовые шлюзы, говорит Дэниел Лидар, директор центра квантово-информационных наук и технологий при Южно-Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Размер цепи определяется либо по ширине, на основе количества кубитов, либо по глубине – на основе количества шлюзов. При этом ширина и глубина количественно совпадают.



Это означает, что у квантовой вычислительной системы из 6 кубитов квантовый объём будет равен 2 в степени 6, или 64 – но только если её кубиты будут относительно мало зависеть от шума, не выдавая связанных с ним ошибок. Поэтому для определения квантового объёма важен выбор конкретного испытания на надёжность.

Лидар, не участвовавший в создании концепции квантового объёма, считает её полезной мерой для сегодняшних квантовых компьютеров. Их технологию называют зашумлённой квантовой технологией среднего масштаба (Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ). «Такая метрика прекрасно описывает быстродействие квантовых компьютеров эпохи NISQ. Эта эра характерна тем, что шум всё ещё выступает одним из главных факторов, ограничивающих глубину надёжно работающих цепей».

Поскольку IBM начала активно использовать этот термин с конца 2019 года, квантовый объём уже довольно часто встречается в работах по квантовым вычислениям и пресс-релизах от IBM и других компаний, в частности, Honeywell. Однако по крайней мере один директор технокомпании уже высказал идею о том, что полезность термина скоро будет исчерпана.



Обсуждая последние разработки в области квантовых компьютеров компании IonQ в интервью, Питер Чапмен рассказал, как уменьшение шума может позволить сделать высокоточную 32-кубитную систему с квантовым объёмом порядка 4 млн. Он предположил, что всего через 18 месяцев значения квантового объёма вырастут так сильно, что исследователям придётся поменять определение, чтобы оно могло оставаться полезным.

Однако Лидар не согласен с тем, что термин «квантовый объём» довольно быстро уйдёт в небытие. Он указывает на тот факт, что квантовый объём будет расти так быстро только из-за той части определения, в которой двойку возводят в степень. Он добавил, что IBM даже не использовала это возведение в степень в первой своей работе на эту тему, опубликованной в 2017 году. «Это просто недостаток самого определения», — говорит Лидар.

Лидар говорит, что проще всего было бы определить квантовый объём в соответствии с самым большим количеством кубитов или шлюзов, и не использовать возведение в степень.

Не все считают квантовый объём таким важным или необходимым мерилом для оценки прогресса квантовых вычислений. Непонятно, нужно ли вообще сводить прогресс квантовых компьютеров к единственной мерке, говорит Скотт Ааронсон, специалист по информатике и директор квантового информационного центра в Техасском университете в Остине. Этот и другие вопросы по теме он осветил в своей статье «Прикрутите квантовый объём».

«Это просто ещё один из возможных обобщённых потребительских индексов крутизны квантовых компьютеров, среди бесчисленного множества альтернатив», — говорит Ааронсон.

С практической точки зрения квантовым объёмом озабочены только крупные игроки в этой индустрии – такие, как IBM. Так считает Джавад Шабани, адъюнкт-профессор физики и председатель лаборатории Шабани в Нью-Йоркском университете. У него и у других исследователей обычно нет доступа к таким крупным квантовым системам, даже учитывая то, что всё больше компаний предоставляет облачный доступ к подобным системам для программистов.

И всё же Шабани считает квантовый объём полезной концепцией, более осмысленно определяющей прогресс в квантовых вычислениях, чем простой подсчёт кубитов. Он, как и Лидар, предлагает оставить квантовый объём в деле, пока шум является ограничивающим фактором – будь то ближайшие пять лет, или десять.

«Если у вас получится создать логический кубит, не подверженный шуму, тогда эта концепция квантового объёма медленно исчезнет естественным путём», — говорит Шабани.

Источник: Наука и Техника

 

Последние сообщения на форуме:

[STM32] 1.8 TFT SPI Display. Подключение к stm. от john Декабрь 02, 2020, 21:23:18
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:47:53
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:45:30
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:43:27
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:40:43
[Экономика] Re: Криптовалюта от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:38:06
[Windows. Обмен опытом] Re: Windows 10 от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:36:05
[Непознанное] Исчезающие монолиты от Новичёк Декабрь 01, 2020, 23:29:48
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:36:52
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:34:59
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:33:03
[Наука] Re: Новости науки и технологии от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:31:12
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:29:04
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:26:29
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:24:33
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:22:45
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:18:02
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:13:14
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:11:37
[Политика] Re: Противостояние: Россия - США от Новичёк Ноябрь 30, 2020, 23:09:51
 Rambler's Top100