Физики создали первый в мире 51-кубитный квантовый компьютер
На сегодняшний день устройство является самой сложной вычислительной системой такого рода.
Группа российских и американских ученых под руководством профессора Гарвардского университета, сооснователя Российского квантового центра (РКЦ) Михаила Лукина создали первый в мире квантовый компьютер, состоящий из 51 кубита. На сегодняшний день устройство является самой сложной вычислительной системой такого рода.
С помощью разработанного квантового компьютера Лукину и его коллегам удалось решить задачу моделирования поведения множества связанных частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров.
По словам ученого, квантовые компьютеры способны справляться с задачами, для решения которых обычным компьютерам понадобятся миллиарды лет.
«Например, с их помощью можно моделировать поведение сложных квантовых систем и создавать сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, моделировать работу мозга», — приводит РБК слова Лукина.
Как пояснил физик, вычислительные элементы квантовых компьютеров построены на основе квантовых объектов — ионов, охлажденных атомов или фотонов, способных находиться в суперпозиции нескольких состояний, что позволяет им одновременно, то есть за один такт, делать сразу множество вычислений. По его словам, квантовая лаборатория Google планирует провести эксперименты на компьютере с 49 кубитами, а компания IBM уже работает с 17-кубитным устройством.
Ученые намерены продолжать испытания квантового компьютера и, возможно, попытаются запустить на нем квантовый алгоритм Шора, позволяющий взламывать большинство существующих систем шифрования на основе криптографического алгоритма RSA.
Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое работает по принципам квантовой механики и использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных.
Кубит — квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.
Алгоритм Питера Шора — квантовый алгоритм разложения чисел на простые множители, то есть факторизации. Суть алгоритма состоит в сведении задачи факторизации к поиску периода функции. Значимость алгоритма заключается в том, что при использовании квантового компьютера с сотнями кубитов он сделает возможным взлом криптографических систем с открытым ключом.
Один хакер может причинить столько же вреда, сколько 10 000 солдат! Подпишись на наш Телеграм канал, чтобы узнать первым, как выжить в цифровом кошмаре!
IBM Q System One
Корпорация IBM представила Q System One — компактный модульный персональный квантовый компьютер. Его в компании называют «первой в мире интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой для научного и коммерческого применения».
Анонсированная на международной выставке потребительской электроники CES 2019 система представляет собой 20-кубитное вычислительное устройство четвертого поколения. Его заключили в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м. Он выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. Помимо квантового процессора в корпусе Q System One расположили различные управляющие модули и систему охлаждения.
Engadget сообщает, что выбор материала корпуса инженеры обосновали простотой поддержания необходимой для функционирования устройства температуры. Это порядка 10 милликельвинов, то есть достаточно близко к абсолютному нулю. Сама конструкция корпуса позволяет предохранять компоненты квантового компьютера от нежелательных вибраций. Они способны привести к возникновению вычислительных ошибок в процессе его работы.
Российские физики создают уникальный квантовый компьютер
Физики из Канады и России создают чип, который позволит упростить архитектуру квантовых компьютеров.
Российский и канадские физики сообщили о том, что они ведут разработку кремниевого чипа, который может хранить в себе, и манипулировать многомерными кубитами, элементарными ячейками квантовой памяти.
В будущем с помощью этого чипа ученые хотят упростить квантовые компьютеры.
«Тонкая настройка позволит нарастить число квантовых состояний системы», — заявили разработчики.
Отметим, что физики быстро научились изготавливать одиночные кубиты, способные жить достаточно долго для ведения вычислений, однако их объединение вызывает проблемы.
Самые последние новости смотрите каждый час в эфире телеканала Царьград.
Подписывайтесь на канал «Царьград» в Яндекс.Дзен
и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.
Родом из СССР
Идея квантовых вычислений имеет российское (советское) происхождение. Еще в 1973 г. математик А. С. Холево опубликовал работу, в которой доказал теорему Холево, что n двухуровневых квантовых систем (квантовых битов) могут хранить информации больше, чем n битов. Спустя семь лет идею создания «квантовых автоматов», т. е. квантового компьютера, выдвинул советский математик Ю. И. Манин во введении к своей книге «Вычислимое и невычислимое» (1980). Но популярность к квантовым компьютерам пришла годом позже, после того как на эту проблему обратил внимание выдающийся американский физик, Нобелевский лауреат Р. Фейнман.
В дальнейшем ученые заинтересовались так называемыми квантовыми симуляторами – искусственно созданными квантово-механическими системами, которые могут быть использованы для моделирования физических явлений в более сложных системах. Сами же квантовые компьютеры нужны для решения математических задач, относящихся к категории невычислимых, для которых увеличение массива входных данных ведет к экспоненциальному росту числа операций на классическом компьютере.
Следует отметить, что квантовые компьютеры вовсе не должны заменить обычные компьютеры. Как, например, появление лазеров не привело к исчезновению обычных источников света, – благодаря лазерной технологии появилась возможность решения новых специфических задач. И хотя эффективность квантовых алгоритмов можно демонстрировать на примере таких задач, как факторизация больших чисел, намного более важным может оказаться применение квантовых компьютеров для моделирования физических явлений в сфере нано- и биотехнологий.
Создан первый в России элемент квантовых компьютеров
Ученые из Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, Российского квантового центра, МИСиС и ИФТТ РАН создали первый в России сверхпроводящий кубит — основной элемент будущих квантовых компьютеров, которые смогут превзойти самые мощные современные суперкомпьютеры. Основная часть работ по созданию устройства была выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования МФТИ.
Квантовые биты или кубиты — главный составной элемент будущих квантовых компьютеров, которые работают благодаря эффектам квантовой физики. Они смогут выполнять вычисления, которые недоступны даже самым мощным современным компьютерам. Как считают ученые, квантовые компьютеры позволят совершить следующий большой скачок в области вычислений.
Кубит под электронным микроскопом с увеличением в 16 тысяч раз © Ivan Khrapach / RQC, MIPT, MIS&S, Institute of Solid State Physics
Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит: 1 или 0. Кубиты — это квантовые объекты, которые могут находиться в суперпозиции двух состояний, то есть кодировать сразу логическую единицу и ноль, что создает принципиально новые возможности для обработки информации. Компьютер из нескольких тысяч кубитов может легко превзойти мощнейшие современные суперкомпьютеры в решении целого ряда вычислительных задач.
В роли кубитов могут выступать атомы или электроны, данные кодируются в их спине (магнитном моменте). Однако такие кубиты крайне неустойчивы ко внешним воздействиям, их состояние легко разрушается из-за внешних «шумов», процедура считывания и записи информации на них крайне сложна, как и ловушки, которые используются для их хранения.
В начале 2000-х годов ученые обнаружили, что можно создавать «искусственные атомы», которые ведут себя в соответствии с законами квантовой физики, но значительно проще в использовании. Одни из таких объектов — джозефсоновские контакты, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Электроны благодаря квантовым эффектам могут «просачиваться» (туннелировать) сквозь диэлектрик.
Кубиты, построенные из нескольких джозефсоновских контактов, ведут себя как атомы. Они могут находиться в основном и возбужденном состоянии, излучать и поглощать фотоны. Такие кубиты могут быть созданы с помощью существующих методов литографии, на которых основано современное производство микросхем.
Теперь такой кубит впервые создан в России. Это удалось сделать сотрудникам Лаборатории искусственных квантовых систем (ИКС) Междисциплинарного центра фундаментальных исследований МФТИ под руководством профессора Олега Астафьева совместно с Центром коллективного пользования МФТИ. В эксперименте также участвовали сотрудники Лаборатории сверхпроводящих квантовых цепей Российского квантового центра (РКЦ) под руководством профессора Алексея Устинова и Лаборатории сверхпроводимости Института физики твердого тела (ИФТТ) РАН под руководством профессора Валерия Рязанова.
Оборудование для получения кубита © Ivan Khrapach / RQC, MIPT, MIS&S, Institute of Solid State Physics
Благодаря новейшему литографическому оборудованию, установленному в МФТИ, ученым удалось создать шесть кубитов микронного размера. Каждый из них состоит из четырех джозефсоновских контактов на «петле» размером в один микрон. Сами контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных слоем диэлектрика (оксида алюминия) толщиной около 2 нанометров.
Созданный специалистами МФТИ кубит был затем перевезен в лабораторию РКЦ, где эта работа была завершена, после чего были проведены измерения: ученые прозондировали устройство микроволновым излучением и определили, что его свойства соответствуют заданным параметрам.
«Мы создали инструмент, средство для проведения дальнейших исследований в области квантовых вычислений. С его помощью мы сможем достичь научных результатов, которые пока не получал никто в мире», — отметил Олег Астафьев.
«Наша работа свидетельствует, что в России теперь есть технологии и команды ученых, которые могут включиться в мировую гонку построения квантовых компьютеров», — добавил Алексей Устинов.
Ранее группа под руководством Устинова в МИСиС при участии РКЦ измерила кубит, который был создан в Германии. Теперь ученые получили собственно российский кубит.
