Физики в России впервые использовали отечественный 12-кубитный квантовый компьютер на базе сверхпроводников для проведения расчётов, связанных с нейросетями и машинным обучением, сообщает ТАСС. Платформа показала высокую скорость работы и способность к обучению, что в перспективе найдёт широкое применение.

Одна из ранних версий российского процессора на сверхпроводящих кубитах. Источник изображений: НИТУ МИСИС

«Учёные запустили первый в России 12-кубитный квантовый процессор для квантового машинного обучения на основе сверхпроводников. Сейчас на нём тестируются алгоритмы обучения для квантовой нейросети, которая может определять сорт вина по его химическому составу и диагностировать рак молочной железы», — сказано в пресс-релизе МФТИ.

Разработанный и созданный в МФТИ процессор, очевидно, на трансмониевых сверхпроводящих кубитах, подобно квантовым процессорам IBM и Google, может похвастаться характеристиками мирового уровня — средним временем жизни кубита порядка 14 мкс и средним временем одной квантовой операции на уровне 50 нс. Учёные из МФТИ быстро наращивают число работающих кубитов в своей платформе, за два–три года пройдя путь от двухкубитовых к 12-кубитовым схемам, и планируют в ближайшее время собрать 16-кубитовый вычислитель с прицелом на дальнейший рост.

Важной особенностью новой системы также стал переход на двухмерную компоновку кубитов, тогда как раньше они располагались в одной плоскости, что необходимо для дальнейшего масштабирования платформы.

«Это большой шаг вперед для нашей лаборатории и для всего научного сообщества, занимающегося квантовыми исследованиями в России. Работа демонстрирует не только нашу способность показывать новые результаты на мировом уровне, но обещает и значительный прогресс в практическом применении квантовых технологий, так как мы всегда стремимся тестировать наши устройства на реальных задачах», — добавил профессор МФТИ Олег Астафьев.

Разработка в России квантовых компьютеров на сверхпроводящих кубитах — это только часть обширной программы исследований новых квантовых технологий. Согласно утверждённому плану развития квантовых платформ в стране, предложенному госкорпорацией «Росатом» и принятому к реализации с 2019 года, российские учёные работают также с кубитами на ионах, холодных нейтральных атомах и фотонах в добавок к хорошо изученным за прошедшие годы сверхпроводящим кубитам.

С 6 января текущего года созданный в Китае квантовый компьютер Origin Wukong на 72 сверхпроводящих кубитах открыт для удалённого доступа из любой страны мира. Им уже воспользовались исследователи из 61 страны, а больше всего пользователей оказалось из США. При этом американские квантовые платформы закрыты для входа из Китая. Это ничего не меняет, сообщают китайские учёные, для науки не должно быть границ.

ИИ-генерация «китайский квантовый компьютер», стиль «аниме». Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В основе свободного доступа к подобным ресурсам лежит простая вещь — квантовые вычисления лежат на такой ранней стадии изучения, что даже специалисты в этой сфере не очень понимают, что с этим делать. Если для науки, то вопросов нет. Но с точки зрения практического применения квантовые компьютеры — это тёмный лес.

Не секрет, что в области разработки и изучения ценности квантовых систем Китай отстаёт от США. Та же компания IBM начала углубляться в эту область в конце 90-х годов прошлого века. У американских разработчиков 20 лет форы, а это дорогого стоит. Сегодня в активе IBM 433-кубитовые сверхпроводимые процессоры Osprey и перспективные 1121-кубитовые Condor. На этом фоне 72-кубитовый компьютер Wukong китайской компании Origin Quantum выглядит бледно. Но стоит принимать во внимание, что Origin Quantum создана в 2017 году и к настоящему дню проделала гигантский для себя путь.

24-кубитовая система Wuyuan. Источник изображения: Origin Quantum

Свой первый квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах Origin Quantum изготовила и отправила неназванному клиенту в 2020 году. Вторая система — Wuyuan, состоящая из 24 кубитов, была поставлена заказчику в 2021 году. Третья и лучшая на сегодняшний день система компании — Wukong, из 72 кубитов, была поставлена в 2022 или в начале 2023 года. Именно она была введена в эксплуатацию и выделена в облачный доступ.

По сообщению источника, по состоянию на 10:00 утра 15 января 2024 года количество удалённых обращений к Origin Wukong превысило 350 000. Среди тех, кто вошел в систему, были пользователи из Болгарии, Сингапура, Японии, России и Канады, но США лидировали в подсчёте, хотя конкретных цифр не было представлено. С момента ввода в эксплуатацию 6 января машина выполнила 33 871 задачу по квантовым вычислениям для пользователей по всему миру. Одновременно она может выполнять до 200 квантовых операций, добавляют разработчики.

Китайцы поступили мудро, разрешив работать с системой абсолютно без ограничений. Самое ценное в этом мире — это идеи.

Согласованные квантовые состояния боятся любых помех, что усложняет реализацию квантовых компьютеров. Для снижения шумов их охлаждают до запредельно низких температур, но в идеале квантовые системы должны работать при комнатной температуре, без чего невозможно их массовое применение. Возможно, в этом поможет новая работа японских учёных, которые смогли добиться квантовой когерентности в обычных условиях без криогенного охлаждения.

Источник изображения: Science Advances

Физики изучили квантовые свойства таких молекул, как хромофоры. Они могут поглощать электромагнитное излучение определённых длин волн и излучать также в определённом диапазоне. Ранее на базе хромофоров были созданы фотоэлементы для перспективных солнечных панелей, однако в контексте нужд квантовых вычислений или квантовых датчиков они не изучались.

Японские физики поместили молекулы хромофоров в так называемые металл-органические каркасы (MOF). Это микропористый материал, который способен абсорбировать и фактически изолировать друг от друга предельно малые порции вещества. Пары электронов в молекулах хромофоров оказывались в суперпозиции по отношению друг к другу.

Микроволновое зондирование показало, что спины электронов остаются в когерентном состоянии около 100 нс. Дальнейшая настройка систем обещает ещё больше увеличить время квантовой когерентности в представленной платформе, что можно считать прорывом, поскольку всё это получено при обычной комнатной температуре, что очень дёшево и намного доступнее, чем современные квантовые криогенные платформы.

Сверхохлаждённые кубиты могут оставаться в согласованном (когерентном) состоянии квантовой неопределённости вплоть до нескольких миллисекунд. В этом они выгодно отличаются от предложенной японцами схемы. Однако цена вопроса и стоимость эксплуатации криогенных систем также кратно снижает практическую ценность квантовых расчётов и симуляций.

Остаётся надеяться, что японские физики смогут довести свою разработку до уровня квантовых вычислителей или квантовых датчиков. Пока же это только демонстрация возможностей, с которой ещё работать и работать, о чём они сообщили в статье в журнале Science Advances.

Компания ADATA Technology представила в рамках прошедшей недавно выставки CES 2024 свои новейшие инновационные решения для хранения данных и не только. Производитель разбил свой стенд на три основные тематические выставочные зоны, в которых показал системы охлаждения для накопителей данных, всевозможные системы хранения данных, а также игровые комплектующие и готовые системы.

В «Выставочной зоне экспертов по надёжности и охлаждению» были представлены мощные запатентованные решения для охлаждения твердотельных накопителей и экологичные решения для хранения данных. ADATA показала твердотельный накопитель Project NeonStorm Gen5, который представляет собой идеальное сочетание двухслойных воздуховодов из алюминиевого сплава и системы жидкостного охлаждения с двумя вентиляторами. Эта система снижает температуру SSD более чем на 10 % по сравнению с безвентиляторными SSD с PCIe 5.0, обеспечивая стабильную скорость чтения и записи до 14 000 и 12 000 Мбайт/с соответственно.

Также был показан твердотельный накопитель ADATA LEGEND 970 Gen5 с повышенной эффективностью рассеивания тепла за счет запатентованных экструдированных алюминиевых ребер, поверхностной кристаллизации и встроенного вентилятора. Наконец, был представлен внешний твердотельный накопитель SE920 USB4 с раздвижным корпусом, микровентилятором и запатентованной технологией рассеивания тепла, что должно обеспечить стабильную скорость чтения до 3800 Мбайт/с.

Также в этом году ADATA выпустит экологически чистые продукты для хранения данных — флэш-накопители Project ECO Flip и Project ECO Refresh. В их корпусах используются переработанные материалы, а их производство создаёт на 85 % меньше выбросов углекислого газа, чем предыдущие методы производства.

В выставочной зоне Smart Living были представлены инновационные решения для потребителей и профессионалов, в том числе с использованием искусственного интеллекта. Так, ADATA показала карты памяти SD 7.1 microSD Express и SD 8.0 Express, которые обладают скоростью чтения и записи 1600 и 1300 Мбайт/с соответственно. ADATA также продемонстрировала первые разогнанные модули памяти R-DIMM промышленного уровня (Registered DIMM) с эффективной частотой до 6400 МГц. Кроме того, ADATA Industrial выпустила различные продукты для хранения данных на базе BiCS5 3D TLC и твердотельные накопители корпоративного уровня с высоким ресурсом перезаписи (DWPD).

Ещё ADATA выпустила высокопроизводительные твердотельные накопители PCIe 5.0 корпоративного класса в форм-факторах EDSFF E3.S/E1.S с контроллером Montitan SM8366, поддерживающим механизм шифрования TCG OPAL и технологию защиты от отключения питания, а также обеспечивающим плавное соединение с сервером во время большого потока данных, что делает это решение надежным, стабильным и безопасным.

В выставочной зоне XPG Xtreme Gaming были представлены производительные комплектующие для ПК и рабочие станции. Так XPG показала систему DEFENDER WS XL, которая сочетает компактный дизайн и способность запускать большие языковые модели со 150 млрд параметров, а также станцию XPG DEFENDER WS XXL в партнерстве с экспертом по жидкостному охлаждению EKWB. Последний оснащен двумя цифровыми блоками питания XPG FUSION мощностью 1600 Вт каждый, а также дополнительными охлаждающими камерами.

Каждая из четырех представленных игровых систем XPG демонстрирует высочайшую производительность и эстетику среди потребительских ПК. В этих сборках представлено несколько продуктов XPG, включая XPG INVADER X PRO с безрамочным цельностеклянным дизайном и XPG BATTLECRUISER II, теперь оснащенный портом USB 4.0 на панели ввода-вывода. Ряд блоков питания, совместимых с ATX 3.0, включая первый в мире блок питания SFX от XPG. Также будет представлен ряд новых комплектующих для ПК:

1. гибридный кулер XPG HYBRID COOLER, который обеспечивает производительность жидкостного охлаждения при габаритах воздушного кулера.
2. СЖО XPG LEVANTE PRO с 3,5-дюймовым ЖК-экраном на помпе, который предоставляет данные мониторинга системы в реальном времени.
3. Project NeonMax — это модуль памяти DDR5, колоссальные 60 % площади поверхности которого способны излучать свет, что обеспечивает самую большую в отрасли светящуюся область RGB на одном модуле DRAM.

Отвечая на рыночную тенденцию компьютерных систем с искусственным интеллектом, XPG выпустила игровые ноутбуки с процессорами Intel 14-го поколения и видеокартами NVIDIA Ada Lovelace — XENIA 16X и обновленную версию XENIA 15G. Последняя станет первым в мире ноутбуком, оснащенным SSD емкостью 24 Тбайт и 96 Гбайт оперативной памяти. Ещё были представлены наушники XPG PRECOG STUDIO с разъёмами 4,4 мм и USB type-C. Кроме того, экосистема беспроводных периферийных устройств XPG MOJO, оформленная в стиле XPG Xtreme Saga, использует технологию сверхширокополосного диапазона, а ее беспроводная мышь обеспечивает самую быструю и точную в отрасли скорость отклика 8K.

Данные берутся из публикации Компьютер месяца — январь 2024 года

Примерно год назад группа китайских учёных опубликовала статью, в которой сообщила о скорой смерти широко используемого метода RSA-шифрования с открытым ключом. На небольшом квантовом компьютере они показали, что взломать RSA можно с использованием меньшего числа кубитов, чем длина ключа. В этом таилась колоссальная угроза безопасности критически важным данным, что нужно было изучить. Всё оказалось не так просто.

Источник изображения: НИТУ МИСИС

Анализом работы китайских коллег занялась группа учёных Университета МИСИС, РКЦ и «Сбера». Считается, что большинство используемых в настоящее время криптосистем с открытым ключом защищены от атак через обычные компьютеры, но могут быть уязвимы для квантовых платформ. Поскольку компания IBM уже представила 433-кубитовый квантовый процессор Osprey, то ключ RSA-2048 теоретически может быть взломан в любой момент. В работе китайских специалистов доказывалось, что для этого хватит 372 кубитов, а не 20 млн, как считалось ранее.

Китайские исследователи использовали 10-кубитную платформу для разложения на простые множители (факторизацию) 48-битового ключа.

«Основываясь на классическом методе факторизации Шнорра, авторы используют квантовое ускорение для решения задачи поиска короткого вектора в решётке (SVP, shortest vector problem) небольшой размерности — что позволило им сделать сенсационное заявление о том, что для факторизации, т.е. разложения большого числа на множители, требуется меньше кубитов, чем его длина, а также квантовые схемы меньшей глубины, чем считалось ранее», — поясняют в пресс-релизе представители НИТУ МИСИС.

Российские исследователи пришли к выводу, что алгоритм коллег нерабочий из-за «подводных камней» в классической части и сложности реализации квантовой.

«Метод Шнорра не имеет точной оценки сложности. Основная трудность заключается не в решении одной кратчайшей векторной задачи, а в правильном подборе и решении множества таких задач. Из этого следует, что этот способ, вероятно, не подходит для чисел RSA таких размеров, которые используются в современной криптографии», — сказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Предложенный китайскими учёными метод даёт только приближённое решение задачи, которое можно легко получить для небольших чисел и маленьких решёток, но практически невозможно для реальных длинных ключей, что российские учёные подробно объяснили в статье в журнале IEEE Access (ссылка на arxiv.org).

В то же время российские учёные рекомендуют не расслабляться, а готовиться к постквантовой криптографии. Появляются новые платформы и новые алгоритмы, и в один не очень прекрасный день окажется, что надёжные ещё вчера RSA-ключи вдруг перестали защищать ваши данные.

Данные берутся из публикации Компьютер месяца — итоги 2023 года

Данные берутся из публикации Компьютер месяца, спецвыпуск. Рассвет эпохи: время переходить на платформы, поддерживающие DDR5-память?

Компания Humane объявила в пятницу, что поставки её футуристического коммуникатора AI Pin начнутся в марте 2024 года. Покупатели, оформившие предзаказ на устройство, получат его первыми — заказы будут поставляться в порядке очереди по дате оформления.

Источник изображений: Humane

«Мы рады объявить, что поставки AI Pin начнутся в марте 2024 года. Всем в Humane не терпится узнать, что вы думаете о нашей разработке — первом в мире носимом компьютере на базе ИИ», — написала команда Humane на своей странице в социальной сети X.

Анонс устройства AI Pin состоялся в прошлом месяце. Одной из его ключевых особенностей является поддержка различных ИИ-сервисов, которые могут предоставлять ответы пользователям. AI Pin работает на базе процессора Snapdragon (какого именно — неизвестно). Владелец взаимодействует с устройством посредством комбинации голосового управления, камеры, жестов и небольшого встроенного проектора. Сам гаджет весит около 34 граммов с обычной батареей. Для него также предлагается усиленная батарея, которая добавит ещё 20 граммов к весу устройству. Встроенная в AI Pin камера имеет 13-мегапиксельный сенсор и будет способна записывать видео после обновления прошивки устройства.

Анонс новинки не обошёлся без казусов. В рамках демонстрации на некоторые вопросы пользователя гаджет посредством ИИ-сервиса ответил неправильно. Произошедшее в очередной раз подтвердило, что ИИ-помощники не всегда надёжны: при ответах они не ссылаются на источники и иногда дезинформируют пользователей.

AI Pin весьма недешёвый гаджет. Его стоимость составляет $699. Ещё $24 придётся платить за ежемесячную подписку, в которую входит сотовая связь и доступ к ИИ-платформе.

Компания Lian Li выпустила новые корпусные вентиляторы UNI FAN TL и UNI FAN TL LCD. Ключевой особенностью вторых является встроенный в центр крыльчатки 1,6-дюймовый IPS-дисплей с поддержкой разрешения 400 × 400 пикселей. Дисплей может отображать различную системную информацию (скорость вращения, температуру CPU и т.д.), а также статичные и анимированные изображения — поддерживаются файлы форматов GIF, MP4, JPG и PNG.

Источник изображений: Lian Li

Вентиляторы UNI FAN TL и UNI FAN TL LCD будут предлагаться в белом и чёрном вариантах, в стандартном исполнении и с реверсивным воздушным потоком, а также в двух размерах — на 120 и 140 мм. Они будут доступны по одной штуке или в комплектах из трёх вентиляторов и контроллера.

Вентиляторы Lian Li UNI FAN TL и UNI FAN TL LCD можно объединять в группы по три и общую цепь из семи «вертушек». При этом для подключения к контроллеру цепи из семи вентиляторов используется только один кабель.

Модели с ЖК-экраном совместимы с моделями без дисплея.

В Lian Li UNI FAN TL и UNI FAN TL LCD применяется девятилопастная конструкция крыльчатки и гидродинамические подшипники. Расстояние между лопастями и рамой у 120-мм вентиляторов составляет 0,65 мм, а у 140-мм моделей — 1 мм. Все модели имеют толщину 28 мм.

Все новинки также предлагают обилие RGB-подсветки. Управлять вентиляторами Lian Li UNI FAN TL и UNI FAN TL LCD предлагается с помощью фирменного программного обеспечения L-Connect.

С ценами на новинки можно ознакомиться в таблице ниже. Оформить предзаказ на вентиляторы Lian Li UNI FAN TL и UNI FAN TL LCD можно с сегодняшнего дня.

В завершение года команда iFixit разобрала рабочую станцию M3 iMac 2023 года, где обнаружила самую легко заменяемую батарею среди всей продукции Apple.

Источник изображения: pexels.com

«Батарея iMac в два раза более ремонтопригодна!» — удивились в команде iFixit, после чего признали, что как только экран и несколько винтов были удалены, батарею CR2016, используемую для поддержания настроек CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor — ПЗУ для хранения настроек BIOS или UEFI), можно было легко заменить.

«Нам нравится идея о том, что CMOS-батарея iMac — это, вероятно, самая легко заменяемая батарея из всех устройств Apple, — говорит команда, занимавшаяся разбором. — Если бы это было справедливо для других продуктов технологического гиганта, которые обычно оснащены труднодоступными или настолько нестандартными аккумуляторами, что их замена не представляется возможной».

Что касается в целом M3 iMac, то команда iFixit отметила модульный подход Apple и похвалила наличие внешнего блока питания и порта Ethernet. Можно лишь с ужасом представить, сколько Apple будет брать за такие компоненты. Напомним, что компания «не стесняется» просить 59 долларов США за адаптер питания USB-C...

Однако разобраться в iMac оказалось относительно просто. Благодаря некоторым полезным зазорам экран был легко снят, а кабели отсоединены. После откручивания нескольких винтов формата T3 Torx защитная крышка логической платы была снята, и перед разборщиками открылись «мозги» компьютера. Как и положено в наши дни, память и накопители были припаяны на место, что делает апгрейд практически невозможным. Сам чип M3 располагался под радиатором с небольшим количеством термопасты, также закреплённым винтами.

Если не считать имевшихся опасений команды по поводу привычки производителей делать накопители и оперативную память не подлежащими обслуживанию, iMac оказался относительно простым в при разборе. Его конструкция хорошо поддаётся ремонту. Даже клей, используемый для приклеивания экрана к корпусу, не является проблемой.

Вместе с тем, такой подход к модульности может быть сведён на нет растущей тенденцией Apple блокировать компоненты и затруднять ремонт для энтузиастов-любителей. Практика Apple по не поддающемуся разбору сопряжению деталей привела к тому, что в iFixit понизили оценку ремонтопригодности iPhone 14 с достойных 7 баллов из 10 до жалких 4-х. Новинка 2023-го года — iPhone 15 — не принёс улучшений в части возможности ремонта.

iFixit ещё полноценно не изучили ремонтопригодность iMac. Хотя на первый взгляд конструкция относительно ремонтопригодна, стремление Apple сделать экран как можно тоньше продолжило тему отказа от обновления оперативной памяти и хранилища. Это кажется ретроградным шагом для машины, «играющей» в сегменте настольных компьютеров, и, скорее всего, нанесёт существенный удар по кошельку покупателя.

Физики из Университета Регенсбурга нашли способ манипулировать квантовым состоянием отдельных электронов с помощью микроскопа с атомным разрешением. Результаты исследования опубликованы в известном журнале Nature. Потенциально это будет иметь огромное значение для квантовых вычислений.

Художественная иллюстрация интеграции электронного спинового резонанса в атомно-силовую микроскопию. Источник изображения: Eugenio Vázquez

Как известно, мир вокруг нас состоит из молекул. Молекулы настолько крошечны, что даже пылинка содержит их бесчисленное множество. Тем удивительнее, что в настоящее время появилась возможность с высокой точностью изучать не только молекулы, но даже атомы из которых они состоят с помощью микроскопа. Новейшее изобретение физиков получило название «атомно-силовой микроскоп». В отличие от оптического микроскопа, атомно-силовой работает на других принципах: работа его основана на чувствительности мельчайших сил между наконечником устройства и исследуемой молекулой. При таком подходе к исследованию можно получить «изображение» внутренней структуры молекулы. Тем не менее, наблюдая таким образом за молекулой, нельзя с уверенностью утверждать, что способ позволяет узнать все её свойства. Например, сейчас очень сложно определить, из каких атомов состоит молекула.

К счастью, существуют и другие инструменты, позволяющие определить состав молекул. Один из таких способов — электронный спиновый резонанс, который основан на тех же принципах, что и магнитно-резонансный томограф в медицине. Однако при электронном спиновом резонансе для получения сигнала, достаточно мощного для обнаружения, обычно требуется бесчисленное количество молекул. Таким образом, нельзя получить доступ к свойствам каждой молекулы, а только к их среднему значению.

Исследователи из Университета Регенсбурга под руководством профессора доктора Яши Реппа (Jascha Repp) из Института экспериментальной и прикладной физики теперь интегрировали электронный спиновый резонанс в атомно-силовую микроскопию. Следует особо отметить, что электронный спиновый резонанс регистрируется непосредственно с помощью наконечника микроскопа, так что сигнал исходит только от одной отдельной молекулы. Таким образом, учёные могут характеризовать отдельные молекулы. Это позволило сразу определить, из каких атомов состоит молекула, которую они исследуют. «Мы даже смогли различить молекулы, которые отличаются не типом атомов, из которых они состоят, а только их изотопами, то есть составом ядер атомов, — добавляет Лисанн Селлиес (Lisanne Sellies), первый автор этого исследования.

«Однако ещё больше нас заинтриговала другая возможность, которую несёт в себе электронный спиновый резонанс, — объясняет профессор Репп. — Эта техника может быть использована для управления спин-квантовым состоянием электронов, присутствующих в молекуле». На рисунке это показано маленькими цветными стрелками. Но почему это интересно?

Квантовые компьютеры хранят и обрабатывают информацию, которая закодирована в квантовом состоянии. Чтобы произвести вычисления, квантовым компьютерам необходимо манипулировать квантовым состоянием, не теряя информацию в результате так называемой декогеренции. Здесь стоит отметить, что декогеренция — это процесс нарушения, собственно, когерентности (связи между двумя квантово запутанными частицами), вызываемый взаимодействием квантово-механической системы с окружающей средой посредством необратимого с точки зрения термодинамики процесса.

Исследователи из Регенсбурга показали, что с помощью своей новой техники они могут управлять квантовым состоянием спина в одной молекуле много раз, прежде чем это состояние распадётся. Поскольку метод микроскопии позволяет получить изображение отдельных окрестностей молекулы, новая методика может помочь понять, как декогеренция в квантовом компьютере зависит от атомного окружения, и — в конечном итоге — как её избежать. А это путь к более простым, а главное к более точным квантовым вычислениям.

На днях Агентство перспективных исследований Минобороны США (DARPA) подвело итоги первой фазы программы ONISQ, которая должна была выбрать основу для первого поколения квантовых компьютеров для нужд военных. Наиболее перспективным направлением признаны кубиты из ридберговских нейтральных атомов, в прикладном изучении которых преуспели учёные из Гарвардского университета под руководством выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина.

Источник изображения: DARPA

Программа ONISQ или Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum, что на русский язык можно перевести как оптимизация с зашумлёнными квантовыми системами среднего масштаба, стартовала в мае 2020 года. Среди прочих систем рассматривались другие варианты кубитов, включая хорошо изученные сверхпроводящие кубиты и кубиты из заряженных атомов (ионов).

«Ридберговские кубиты обладают полезной характеристикой в виде однородности по своим свойствам — это означает, что каждый кубит неотличим от следующего по своему поведению, — сказал доктор Мукунд Венгалатторе (Mukund Vengalattore), руководитель программы ONISQ Отдела оборонных наук DARPA. — Это не относится к другим платформам, таким как сверхпроводящие кубиты, где каждый кубит уникален и, следовательно, не взаимозаменяем».

Охлаждённые нейтральные атомы легко выстраиваются в массивы и могут произвольно программировать квантовые цепи или алгоритмы с помощью оптического пинцета (высокоплотного лазерного пучка), который перемещает кубиты в нужные позиции перед запуском вычислений. Относительная простота и надёжность работы с нейтральными атомами была доказана командой Лукина в свежей работе, где они показали безошибочную работу квантовой системы из 48 логических кубитов на системе из 280 физических кубитов.

Для создания цепи из 48 логических кубитов на сверхпроводящих кубитах потребовалось бы до 5000 физических кубитов, что сегодня представляется проблематичным даже с учётом недавнего анонса процессора IBM Condor с 1121 кубитом.

Команда Лукина обошлась более простой квантовой системой и все 48 логических кубитов, как сообщается, были запутаны, что и предопределило выбор DARPA. Правда, из анонса непонятно, какое отношение коллектив агентства имеет к проделанной учёными работе.

«Если бы кто-нибудь предсказал три года назад, когда началась программа ONISQ, что нейтральные атомы Ридберга [возбужденный атом с одним или несколькими электронами, имеющими очень высокое главное квантовое число] могут функционировать как логические кубиты, никто бы в это не поверил, — сказал доктор Гвидо Цуккарелло (Guido Zuccarello), технический консультант DARPA. — Для DARPA это возможность сделать ставку на потенциал этих менее изученных кубитов наряду с более хорошо изученными ионами и сверхпроводящими схемами. Как исследовательская программа, ONISQ предоставила учёным свободу действий для изучения уникальных и новых приложений, выходящих за рамки простой оптимизации. В результате команда под руководством учёных из Гарварда смогла использовать гораздо больший потенциал этих ридберговских кубитов и превратить их в логические кубиты, что является весьма значительным открытием».

Центральной задачей для создания практически ценных квантовых вычислений является подавление ошибок. Сегодня цена этого подавления представляется запредельной. На каждый логический кубит, включённый в алгоритм, необходимо использовать до 1000 физических кубитов. На днях группа учёных из США показала, что накладные расходы можно значительно снизить, что обещает широкие перспективы для квантовых вычислений.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Коллектив из Гарварда под руководством бывшего выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина — одного из ведущих в мире учёных по квантовым системам — показал работу безошибочных квантовых алгоритмов на 48 логических кубитах на массиве из 280 физических кубитов. Используя управление на логическом уровне и зонированную архитектуру в реконфигурируемых массивах нейтральных атомов, система показала сочетаемость в себе высокой надёжности двухкубитных вентилей, произвольную подключаемость, а также полностью программируемые вращения с одним кубитом.

Созданный в лаборатории Гарварда квантовый компьютер группы Лукина использует дефекты в кристаллических структурах. Это могут быть искусственные алмазы, куда помещаются сверхохлаждённые атомы рубидия. Программирование таких систем осуществляется с помощью лазерных пинцетов. Сначала атомы заселяют в дефекты случайным образом, а затем «программируют» массив, перемещая атомы в те дефекты, которые включены в схему для запуска алгоритма (симуляции).

Схема получения двумерных матриц из нейтральных атомов, и формирование структур с разным расположение возбужденных атомов. Источник изображения: Nature

На серии алгоритмов разной сложности группа Лукина показала, что сверхизбыточное использование физических кубитов для каждого логического кубита, в общем-то, не нужно. Чтобы вычисления проходили с удовлетворительной точностью, может хватить до 7 физических кубитов на один логический, о чём они рассказали в работе, опубликованной 6 декабря в журнале Nature.

Эти результаты намекают на появление квантовых вычислений с исправлением ошибок скорее раньше, чем позже. Это приведёт к открытию приложений и подтолкнёт к сдвигу в решении как проблем, так и возможностей в сфере квантовых расчётов.

Данные берутся из публикации Компьютер месяца — декабрь 2023 года