Российские физики создали первый в мире 51-кубитный квантовый компьютер
Группа физиков из США и России создала и успешно испытала программируемый квантовый компьютер на базе 51 кубита. Об этом сообщается в пресс-релизе Российского квантового центра, поступившем в редакцию Indicator.Ru.
Множество научных групп сейчас пытается создать универсальный квантовый компьютер, в эти проекты и вкладывают средства многие правительства и корпорации. Вычислительные элементы таких компьютеров, кубиты, действуют на основе квантовых объектов: ионов, охлажденных атомов или фотонов, способных находиться в суперпозиции нескольких состояний. Это позволяет квантовым компьютерам одновременно, за один такт, делать сразу множество вычислений. Квантовые компьютеры смогут справляться с задачами, для решения которых классическим компьютерам потребовались бы миллиарды лет.
Возможности квантовых компьютеров зависят от числа кубитов. Уже несколько десятков кубитов могут дать такой выигрыш в вычислительной мощности, который недостижим для классических компьютеров. Сегодня квантовая лаборатория корпорации Google под руководством Джона Мартиниса планирует эксперименты на компьютере с 49 кубитами, IBM уже проводит эксперименты с 17-кубитным устройством. Создание 51-кубитного компьютера — гигантский шаг вперед в этой области.
Ученые из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина, профессора физики из Гарварда и сооснователя Российского квантового центра, использовали кубиты на основе холодных атомов, которые удерживались оптическими «пинцетами» — специальным образом организованными лазерными лучами. Большинство современных квантовых компьютеров использует сверхпроводящие кубиты на основе контактов Джозефсона.
Лукину и его коллегам с помощью своего квантового вычислителя удалось решить задачу моделирования поведения квантовых систем из множества частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров. Более того, в результате им удалось предсказать несколько ранее неизвестных эффектов, которые затем были проверены с помощью обычных компьютеров.
В ближайшее время ученые намерены продолжить эксперименты с квантовым компьютером. Возможно, они попытаются использовать эту систему для проверки алгоритмов квантовой оптимизации, которые позволяют превзойти существующие вычислительные машины.
По словам Лукина, выступившего с докладом на IV Международной конференции по квантовым технологиям в Москве (ICQT-2017) 14 июля, статья с результатами работы принята к публикации и в воскресенье появится на сервере препринтов arXiv. Вечером 14 июля Лукин примет участие в открытой дискуссии на конференции ICQT, которая состоится после публичной лекции Джона Мартиниса.
ЧТО ЖЕ ЭТО ТАКОЕ?
Квантовый компьютер – это устройство для вычислений, которое работает на основе квантовой механики.
На сегодняшний день полномасштабный квантовый компьютер – это гипотетическое устройство, которое невозможно создать с учетом имеющихся данных в квантовой теории.
Квантовый компьютер, для вычисления использует не классические алгоритмы, а более сложные процессы квантовой природы, которые еще называют квантовыми алгоритмами. Эти алгоритмы используют квантовомеханические эффекты:квантовую запутанность и квантовый параллелизм.
Чтобы понять, зачем вообще необходим квантовый компьютер, необходимо представить принцип его действия.
Если обычный компьютер работает за счет проведения последовательных операций с нулями и единицами, то квантовый компьютер использует кольца из сверхпроводящей пленки. Ток может течь по этим кольцам в разных направлениях, поэтому цепочка таких колец может реализовывать одновременно намного больше операций с нулями и единицами.
Именно большая мощность является основным преимуществом квантового компьютера. К сожалению, эти кольца подвержены даже самым малейшим внешним воздействиям, в результате чего направление тока может меняться, и расчеты оказываются в таком случае неверными.
Что создал Лукин
Профессор со своей командой создали ОС, которая на данный момент имеет больше кубитов, чем в Американском аналоге. У американцев их пока 22. Как заявил С. Белоусов: — «Мы создали 51 кубит с запасом, чтобы наш компьютер оставался первым, так как представитель Гугл заявлял, что создаст ЭВМ, у которого будет 49 кубит».
Многие ученые верили, что самый скоростной ПК создаст Джон Мартинес. Он руководит одной из крупнейших на Земле квантовых лабораторий от Гугла. Воплотить в жизнь квантовый компьютер с 49 кубитами он собирался буквально месяца через три — четыре.
«Сейчас, в нашем компьютере имеется 22 кубита. Чтобы создать подобный компьютер, мы применили весь свой талант и профессиональный уровень.» — заявил Мартинес.
Джон и Михаил выступали в одном зале в Москве, на 4-й всемирной конференции по квантовым ПК. Однако, соперниками оба выдающихся изобретателя себя не считают. «Неверно полагать, что у нас с Россией гонка – заявил Мартинес – мы соперничаем с законами физики, так как, это очень трудно, воплотить в жизнь кубитный компьютер. Я в восторге, что кто-то сделал компьютер, у которого 51 кубит.» — заявил Мартинес.
Какие задачи выполняет квантовый компьютер?
Ответ: работа с паролями и шифрами, симуляция процессов, создание новых соединений молекул для производства лекарств, моделирование клиентского поведения.
Какие квантовые технологии уже используются (урок цифры)?
Ответ: флешки, оптоволоконная связь, персональный компьютер.
Какие квантовые технологии будут использоваться в будущем?
Ответ: логистика доставки продуктов,приватность информации в мессенджерах, улучшение системы рекомендации видео в социальных сетях.
Универсальный квантовый компьютер на ионах создан в России
Российские учёные разработали прототип квантового компьютера на ионах. Проект по созданию российского квантового компьютера возглавляет госкорпорация «Росатом».
Исследователи из Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН разработали прототип квантового компьютера на ионах.
Учёным удалось получить систему из четырёх кубитов. Обычно для этого требуется нарастить число ионов, на базе которых создаются кубиты. Однако вместо этого российские специалисты создали новую технологию масштабирования квантовых процессоров, используя многоуровневые носители информации — кудиты.
Поясним, что в традиционных компьютерах единицей информации являются биты — каждый бит может принимать одно из двух значений, 0 или 1.
В то же время в квантовых вычислительных машинах наименьшей единицей информации является квантовый бит (он же кубит), способный одновременно находиться в обоих состояниях сразу — и 0, и 1. Это явление известно как квантовая суперпозиция.
Кубиты можно связывать между собой, тем самым увеличивая количество состояний, в которых находится квантовый процессор. Эта особенность потенциально позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и даже суперкомпьютеров.
Однако существуют и «расширенные» версии кубитов — кудиты (qudits, или quantum d-git). Они способны одновременно находиться не в двух, а в d состояниях. Те, что могут пребывать в трёх состояниях, называются кутриты, а в четырёх состояниях — кукварты.
Российские физики создали систему из двух куквартов, которая эквивалентна четырём кубитам.
Для этого в ходе эксперимента исследователи в вакуумной камере с помощью лазерных лучей захватили в ловушку два иона. Затем они провели над ними набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри одного кудита, а также операцию по запутыванию двух частиц.
Таким образом учёные показали, что над кубитами, связанными в кукварт, можно проводить более качественные операции, чем над независимыми частицами. В будущем это знание позволит повысить качество реализации квантовых алгоритмов.
«Одна из наших задач – обеспечение российских учёных всем необходимым, чтобы приблизить ожидаемый технологический прорыв. Результаты по созданию квантового компьютера на ионах свидетельствуют о том, что нам удалось набрать необходимый темп», – отметила Екатерина Солнцева, директор по цифровизации госкорпорации «Росатом».
На базе, созданной учёными, к концу 2024 года планируется построить универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. На его создание суммарно будет направлено более 23 миллиардов рублей, добавила Екатерина Солнцева.
Добавим, что российский квантовый центр в 2018 году первым в мире запустил квантовый блокчейн, а сейчас участвует в проекте по созданию квантового компьютера под эгидой госкорпорации «Росатом».
Ранее мы писали о том, что учёные, используя новый квантовый симулятор, научились управлять сразу 256 кубитами. Также мы рассказывали о том, какие вычисления стоит проводить на квантовых компьютерах. Сообщали мы и о том, что российские физики создали самый качественный в мире усилитель сигнала для квантового компьютера.
Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
