luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Categories:

Квантовое настоящее: от адиабатического вычислителя до фермиона Майорана



Несмотря на то, что к повсеместному применению квантовых технологий мы придем лишь в перспективе будущего десятилетия, число кейсов, где прикладные задачи решались бы с помощью манипуляции квантовыми объектами — атомами, молекулами, фотонами и другими элементами, постоянно растет. Теперь с помощью квантов распределяют вакцины против COVID-19 и проводят анализ биомаркеров рака. Специально для «Хайтека» Национальная квантовая лаборатория собрала самые интересные и значимые новости о квантах.

Квантовая индустрия

-Как распределять вакцины от COVID-19 с помощью квантовых технологий


Партнерство корпорации Fujitsu с американским стартапом Entanglement, Inc. было анонсировано весной 2020 года и предполагало совместное развитие экосистемы мобильных технологий. Однако в связи с пандемией COVID-19 компании занялись оптимизационными задачами доставки средств индивидуальной защиты в районы пандемии.

Результатом совместной работы стала вычислительная платформа на основе Digital Annealer — адиабатического квантового вычислителя Fujitsu. Платформа позволила существенно оптимизировать распределение доступного запаса средств индивидуальной защиты, одновременно минимизируя пробег транспорта и время на доставку, и была одобрена к использованию Министерством обороны США. На ее основе также была создана «платформа распределения вакцин» — оптимизационное решение для эффективного распределения вакцины против COVID-19 с учетом быстро меняющегося спроса. Эффективность обоих алгоритмов возрастает экспоненциально с добавлением разнообразных переменных и больших наборов данных из различных источников.

Планируется, что «платформа распределения вакцин» будет доступна для использования и сбора новых данных местным властям по всей стране, что должно существенно ускорить вакцинацию жителей США.

-Почему квантовые генераторы случайных чисел так популярны в мире

По мнению компании, мировой рынок квантовых генераторов случайных чисел (QRNG) вырастет до $7,2 млрд к 2026 году. Эксперты полагают, что рынок ожидает множество слияний и поглощений, и в конечном итоге он будет сформирован несколькими крупными лидерами. Это связано с относительно легким для технологических компаний входом на этот рынок вкупе с последующими трудностями при позиционирования продукта и получении устойчивой прибыли небольшими разработчиками.


IQT Report

По прогнозам IQT, крупнейшим потребителем QRNG с объемом рынка $3,1 млрд станут центры обработки данных. Существенный рост продаж (до $2,2 млрд к 2026 году) ожидается также в финансовом секторе, в частности для задач информационной безопасности и финансового моделирования методом Монте-Карло.

-Как устроена квантовая платформа на основе фотонных чипов

Канадский стартап Xanadu с помощью стандартной и легкомасштабируемой технологии изготовил интегральный оптический чип на основе нитрида кремния, реализующий так называемое кластерное (запутанное) состояние света, необходимое для проведения квантовых вычислений. Чтобы создать такое состояние, оптические микрорезонаторы внутри чипа преобразовывают обычный лазерный свет в тип квантового света, называемого сжатым светом, который затем сплетается с помощью сети зеркал, светоделителей и оптических волокон.



С помощью нового устройства ученые смогли продемонстрировать не только гауссовый бозонный сэмплинг, но и решение двух задач, имеющих прямой практический смысл: расчет колебательных спектров молекул и определение схожести математических графов, представляющих различные молекулы.

-Почему квантовое машинное обучение используют в анализе биомаркеров рака

Crown Bioscience (дочерняя компания JSR Life Sciences, США) и Cambridge Quantum Computing (CQC, Великобритания) объявили о начале совместных работ по использованию квантовых вычислений в создании препаратов для лечения онкологических заболеваний. Компании планируют разработать стратегию применения квантовых алгоритмов машинного обучения в биоинформатике с использованием накопленной за 15 лет базы данных доклинических и трансляционных исследований в онкологии и новейших разработок CQC в области квантовых алгоритмов.

На первом этапе сотрудничества квантовые алгоритмы, разработанные CQC для NISQ-устройств, будут использованы для анализа базы генетических данных с целью идентификации новых мультигенных биомаркеров рака.

-Как «дружат» добыча нефти и квантовые технологии

С компанией ExxonMobil будут совместно разработаны квантовые алгоритмы оптимизации системы морских контейнерных перевозок. Морская логистика составляет около 90% объема всех торговых перевозок, а создание оптимальных логистических цепочек для сокращения общего времени в пути и с учетом приоритетов перевозок является сложнейшей вычислительной задачей. IBM провела проверку применимости оптимизационных алгоритмов с использованием квантового эмулятора на платформе Qiskit и подробно описала различные сценарии использования квантовой оптимизации и технические детали создания вычислительных решений.

Конкретные детали сотрудничества IBM с bp пока не разглашаются. Известно только, что основной задачей их взаимодействия является повышение эффективности энергетической системы для уменьшения выбросов парниковых и токсичных газов в атмосферу. bp также объявила о решении вступить в IBM QNetwork в качестве индустриального партнера.

-Почему Microsoft отзывает с доказательствами существования фермиона Майораны

Обнаружение фермионов Майораны важно для разработки топологического кубита — ключевой задачи Microsoft. Теоретически такой тип кубитов будет гораздо более устойчивым к шуму и искажениям внешней среды и снизит требования к исправлению ошибок в отказоустойчивом квантовом компьютере.



Основополагающая статья исследователей из нидерландской лаборатории Microsoft и Делфтского технологического университета содержала данные о первых в мире экспериментальных свидетельствах существования квазичастиц Майораны. После развернувшейся научной дискуссии в апреле 2019 года редакция Nature добавила к статье «редакционное выражение озабоченности», а в мае 2020 года комитет по честности исследований Делфтского технологического университета начал расследование, которое пока не завершено. В феврале 2021 года на arXiv авторами опубликован препринт новой статьи с признанием, что предыдущие выводы были преждевременными, а анализ не включенных в исходную статью данных эксперимента противоречит выводу об обнаружении квазичастиц Майораны.

Исследования и разработки

-Как применять квантовые алгоритмы для вычислительной биологии

Ученые Российского квантового центра и Сколтеха выделили несколько направлений, в которых квантовые вычисления в биологии могут быть полезны уже в ближайшей перспективе. Среди практически важных задач указано, к примеру, изучение нитрогеназы — фермента, осуществляющего процесс фиксации атмосферного азота. Нитрогеназа играет важную роль в обогащении почвы и водоемов связанным азотом, а также используется при промышленном производстве аммиака. Также реалистичными представляются решения задачи предсказания трехмерной структуры белка для качественного ускорения создания новых лекарств, определение транскрипционного фактора ДНК-связывающих белков, которые играют ключевую роль в транскрипции генов, а также появление эффективных и экономичных вычислительных решений проблем сборки генома.

Первые значимые результаты от применения квантовых алгоритмов в области биоинформатики ожидаются уже в течение 2–3 лет. Следующий шаг после этого будет связан с промышленным внедрением квантовых компьютеров и масштабированием их применений.

-Что доказало квантовое превосходство в решении практической математической задачи

Квантовое превосходство уже было продемонстрировано на задачах генерации случайной строки и бозонного сэмплинга. С прикладной точки зрения эти задачи не представляют какой-то ценности — они показывают возможности квантовых вычислителей и их будущего в целом.

Международная команда физиков под руководством Иорданиса Керенидиса (Iordanis Kerenidis) из Парижского университета смогла показать экспериментально, что квантовый вычислитель быстрее классического справляется с проверкой решения задачи о выполнимости булевых формул и рассмотрела все возможные реальные ограничения, которые возникают в эксперименте.

Проверка была осуществлена с помощью линейной оптической схемы за полиномиальное время, в отличие от экспоненциального времени, которое потребовалось бы классическому вычислителю. Задача проверки решения делает шаг на пути к реальным применениям. Физики предлагают использовать мощные квантовые вычислители для решения задач, а проверку верности решений проводить на менее мощных машинах.

-Как с помощью квантовой коррекции ошибок повысить точность измерений

Существующие методы коррекции ошибок являются активными, то есть требуют периодической проверки системы на наличие ошибок и их немедленного исправления. Это требует достаточных аппаратных ресурсов и, следовательно, препятствует масштабированию квантовых компьютеров. Команда Университета Массачусетса в Амхерсте под руководством Чен Вана (Chen Wang) реализовала новый тип квантовой коррекции ошибок, в котором они исправляются спонтанно.

В проведенном эксперименте для непрерывной коррекции ошибок используются контролируемые диссипативные процессы связи с окружающей средой или резервуаром. Схема коррекции диссипативных ошибок работает непрерывно и не требует выполнения измерений или операций обратной связи. Получающееся в результате увеличенное время когерентности приводит к значительно повышенной точности квантовых измерений. Новый способ полностью совместим с существующими методами стабилизации фазы и коррекции ошибок.

-Когда появится квантовый интернет

Исследователям из Лаборатории Эндрю Клеланда (Andrew Cleland) Чикагского университета впервые удалось запутать два отдельных кубита, обеспечив их связь с помощью кабеля. В рамках эксперимента исследователи создали два квантовых узла, каждый из которых содержал по три сверхпроводящих кубита. Используя метровый сверхпроводящий кабель для соединения узлов, ученые затем выбрали по одному кубиту в каждом узле и связали их вместе, посылая квантовые состояния через кабель. Запутанность удалось распространить и на другие кубиты в каждом узле. Таким образом, ученые «усилили» запутывание кубитов, пока все шесть кубитов в двух узлах не оказались связанными в одном глобально запутанном состоянии.



В другой работе физики Делфтского технологического университета в Нидерландах объединили в сеть три удаленных квантовых устройства на основе алмазных кубитов таким образом, что любые два устройства в сети оказались взаимно запутанными кубитами. В сети обеспечивалась связь в режиме реального времени, были реализованы распределение подлинных многочастных запутанных состояний по трем узлам и обмен запутанностями через промежуточный узел.

Наконец, команда из Университета Пердью реализовала программируемый спектрально-селективный оптический переключатель для масштабируемой квантовой информационной сети, способный без потери фотонов независимо управлять различными каналами, разделенными по длинам волн.

-Как устроен углеродный кубит и как он себя ведет при комнатной температуре

Австралийская компания Archer Materials разрабатывает квантовые чипы, предназначенные для работы при комнатной температуре и основанные на оригинальной технологии углеродных кубитов. Archer успешно выполнили прямое измерение двухполюсного сопротивления материала кубита, который является основным компонентом чипа 12CQ, при комнатной температуре. Разработчикам удалось воспроизводимо записать вольт-амперные кривые в различном диапазоне напряжений как на отдельных изолированных кубитах, так и на двух кубитах и кубитных кластерах. Преимущественно кубиты выдерживали измерения без повреждений или изменения электронной структуры.

Полученные данные подтверждают способность углеродных кубитов работать в условиях, используемых в функциональных полупроводниковых устройствах при комнатной температуре.

-Кому удалось реализовать самую масштабную обработку естественного языка на квантовом компьютере

Cambridge Quantum Computing (CQC) в новой работе приводит результаты первых экспериментов по обработке естественного языка на квантовом компьютере IBM для наборов данных размером в сто и более предложений. Это исследование представляет собой самую масштабную на сегодняшний день экспериментальную реализацию задач обработки естественного языка на квантовом компьютере.

В эксперименте предложения были представлены как параметризованные квантовые схемы, а значения слов как квантовые состояния, которые «запутываются» в соответствии с грамматической структурой предложения.

Работа также содержит подробное описание процесса квантовой обработки естественного языка, что, по мнению разработчиков, должно облегчить сообществу NLP использование квантового кодирования обработки языка.

Национальные квантовые программы

-Какие технологии возьмут на вооружение в Канаде

В документе, представленном Министерством национальной обороны и вооруженных сил Канады, определены первоочередные задачи исследований и разработок в интересах военного ведомства:

-Гравиметрические сенсоры для определения скрытых за стенами объектов.
-Компактные широкополосные электромагнитные сенсоры для замены традиционных антенн.
-Малозаметные радары.
-Сверхточные дальномеры, способные работать в условиях помех и по сложным траекториям.
-Сверхчувствительные детекторы химических веществ.
-Компактные инерционные сенсоры для замены навигационной системы GPS.

Министерство планирует стимулировать квантовые инновации в стране, а также инвестировать в ведущие мировые квантовые научно-технические разработки и способствовать переносу квантовых технологий из лаборатории в рабочие прототипы.

-Кто в Германии займется созданием квантовых процессоров

Федеральное министерство образования и исследований выделит 14,5 млн евро на разработку прототипа национального квантового компьютера на сверхпроводниковой платформе, который будет установлен в Институте Вальтера Мейснера Баварской академии наук. В проекте под кодовым названием GeQCoS (German Quantum Computer based on Superconducting Qubits) также участвуют Технический университет Мюнхена, Технологический институт Карлсруэ, Университет Эрлангена-Нюрнберга, Юлихский исследовательский центр, Институт прикладной физики твердого тела Фраунгофера и крупный европейский производитель полупроводниковой техники Infineon Technologies.



Еще один грант размером 12,4 млн евро будет выделен консорциуму проектов Quantum, работающему над созданием квантовых процессоров для конкретных приложений. В консорциум входят стартапы ParityQC и IQM, Infineon Technologies, Юлихский исследовательский центр, Свободный университет Берлина и Лейбницкий суперкомпьютерный центр. Проект рассчитан на четыре года и включает в себя разработку 54-кубитного квантового процессора.

-Кто вошел в Среднеатлантический квантовый альянс

Консорциум научных и промышленных организаций был организован Мэрилендским университетом первоначально как региональное сообщество, включающее в себя несколько крупных университетов и компаний, в том числе CCDC Army Research Laboratory, Northrop Grumman, Lockheed Martin, IonQ, Booz Allen Hamilton и AWS. Позднее он был переименован в Среднеатлантический квантовый альянс, чтобы отразить его возросшую географию. Новыми членами Альянса стали IBM, Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Protiviti, Quantopo, Quaxys, Государственный университет Боуи, Джорджтаунский университет, Питтсбургский квантовый институт, Университет Делавэра и Virginia Tech. Теперь в общей сложности среди участников 24 крупных университетских, правительственных и промышленных партнера.

Изображение

В задачи Альянса входит совместная разработка новаторских технологий, стимулирование новых открытий в квантовой науке, а также поддержка квантовых стартапов и обучение сотрудников.

-Зачем Израиль выделяет $60 млн на создание квантового компьютера

Министерство обороны Израиля и Управление по инновациям объявили конкурс на создание квантового компьютера с 30–40 кубитами. Грант размером $60 млн смогут получить как израильские предприятия и университеты, так и международные компании. Победитель должен будет приступить к работе до конца года.

Новый проект является частью национальной инициативы Израиля по развитию квантовых технологий с общим бюджетом $380 млн. В настоящее время в Израиле существует лишь несколько стартапов, например, Classiq Technologies и Quantum Machines, которые разрабатывают аппаратное или программное обеспечение для квантовых компьютеров.

Подводя итоги: расширилось влияние национальных программ, выросли суммы инвестиций, крупнейшие коммерческие разработчики квантовых технологий объединили усилия с отраслевыми компаниями. С полной версией дайджеста вы можете ознакомиться на сайте Российского квантового центра.

Tags: квантовый компьютер
Subscribe

Posts from This Journal “квантовый компьютер” Tag

promo luckyea77 december 30, 15:00 8
Buy for 10 tokens
По этой ссылке можно скачать информационную базу для программы "1С:Предприятие". С помощью данной базы можно готовиться и сдавать экзамены по темам: - Электробезопасность - Основы промышленной безопасности А.1 - Специальные требования промышленной безопасности: Б 9.31. Эксплуатация опасных…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment