Квантовые компьютеры и квантовая связь

Что такое квантовый компьютер?

Квантовый компьютер — средство вычислительной техники, где в основе работы центрального процессора лежат законы квантовой механики. Такой компьютер принципиально отличается от традиционных ПК, работающих на основе кремниевых чипов.

Это устройство применяет для вычисления не классические алгоритмы, а процессы квантовой природы - квантовые алгоритмы, использующие эффекты квантовой механики, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Базой для вычислений такого типа служит кубит - система, в которой число частиц аналогично импульсу, а фазовая переменная (энергетическое состояние) – координате. Фазовый кубит был впервые реализован в лаборатории Делфтского университета и с тех пор активно изучается.

На рисунке элементарная схема фазового кубита и его фотография. Источник: t-z-n.ru

В отличие от обычного бита, способного иметь только значения 1 и 0, квантовый бит (кубит) может находиться в суперпозиции этих состояний, то есть одновременно в значении 1 и 0. На практике кубит может существовать в самых разных комбинациях этих значений, что в перспективе позволит создавать сверхбыстродействующие компьютеры. Кубиты станут строительными элементами будущих квантовых компьютеров, способных решать задачи, практически недоступные классическим цифровым компьютерам. Для выполнения вычислений на квантовом компьютере необходимо привести во взаимодействие несколько кубитов, причем таким образом, чтобы они образовали единую квантовую систему. Затем этой системе надо позволить развиваться по законам квантовой механики и спустя определенное время выяснить, в какое состояние она пришла.

С ростом числа объединенных кубитов, вычислительная мощность такой квантовой системы экспоненциально растет. Теоретически это позволяет квантовому компьютеру справляться с задачами, на которые обычному цифровому компьютеру понадобятся миллионы лет. Например, давно известен так называемый алгоритм Шора, позволяющий быстро раскладывать большие числа на простые множители (задача, необходимая для взлома современных шифров). Обычные компьютеры решают эту задачу перебором возможных делителей, поэтому длинные числа современные компьютеры могут обрабатывать годами. Квантовый компьютер справился бы с такой задачей за считанные минуты и даже секунды, в зависимости от производительности.

Почему квантовые компьютеры имеют значение?

Объем ежедневно создаваемых данных просто огромен, и современные компьютеры уже не всегда успевают за такими объемами. Современные суперкомпьютеры по-прежнему слишком медленны для выполнения некоторых наиболее важных научных задач, например, тестирование воздействия новых лекарственных препаратов на молекулярном уровне.

Благодаря возможности выполнять очень сложные вычисления значительно быстрее, или даже моделировать эти лекарства на молекулярном уровне, квантовые компьютеры способны предоставить такой необходимый рост производительности и скорости. Большинство специалистов согласны с тем, что квантовые компьютеры – это наш шанс справиться с вызовами 21 века.

Вторая квантовая революция

Первая квантовая революция произошла во второй половине XX века и привела к появлению лазеров, транзисторов, ядерного оружия, а впоследствии – мобильной телефонной связи и интернета. Технологии первой квантовой революции применяются в компьютерах, мобильных телефонах, планшетах, цифровых камерах, системах связи, светодиодных лампах, МРТ-сканерах, сканирующих туннельных микроскопах и т.д.

Объем рынка соответствующей продукции в мире составляет $3 трлн в год. При этом «закон Мура», согласно одному из изложений которого, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев, больше не работает.Обзор российского рынка банковской цифровизации: импортозамещение, искусственный интеллект и собственные экосистемы 6.8 т

С конца XX века мир находится на пороге второй квантовой революции. В первой квантовой революции технологии и приборы строились на управлении коллективными квантовыми явлениями.

Во второй квантовой революции технологии будут строиться на способности управлять сложными квантовыми системами на уровне отдельных частиц, например, атомов и фотонов. Технологии, основанные именно на таком высоком уровне контроля над индивидуальными квантовыми объектами, принято объединять термином квантовые технологии.

Научные исследования квантовых вычислений

Основная статья: Научные исследования квантовых вычислений

Мировой рынок квантовых компьютеров

Основная статья: Квантовые компьютеры (мировой рынок)

Квантовые компьютеры и сети в России

Основная статья: Квантовые компьютеры и сети в России

Российский квантовый центр (РКЦ)

Основная статья: Российский квантовый центр (РКЦ, Russian Quantum Center, RQC)

Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики

Основная статья: Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики

Квантовый компьютер "Росатома"

Основная статья: Квантовые технологии Росатома

Квантовые технологии в РЖД

Основная статья: Квантовые технологии в РЖД

Квантовые компьютеры в США

Основная статья: Национальная квантовая инициатива в США (National Quantum Initiative)

Квантовые компьютеры IBM

Основная статья: Квантовые компьютеры IBM

Квантовые вычисления в медицине

Основная статья: Квантовые вычисления в медицине

Квантовый интернет

Основная статья: Квантовый интернет

Квантовая и постквантовая криптография

• Квантовая криптография
• Постквантовая криптография

Квантовая физика

Основная статья: Квантовая физика

2024

С помощью квантовых компьютеров можно легко взломать шифрование биткоина и украсть миллиарды

В середине декабря 2024 года британские специалисты из Школы вычислений Кентского университета обнародовали результаты исследования, говорящие о том, что квантовые компьютеры создают угрозу для криптовалютных платформ. Теоретически квантовые устройства обеспечат возможность взлома шифрования биткоина, что позволит злоумышленникам красть миллиарды долларов. Подробнее здесь

В России запустили Межуниверситетскую квантовую сеть

В конце ноября 2024 года стало известно о работе Межуниверситетской квантовой сети (МУКС), объединившей пять ведущих научно-образовательных учреждений России. Для реализации этого проекта сформирован научно-образовательный консорциум, в который вошли НИЦ «Курчатовский институт», фонд «Иннопрактика», МГУ им. М. В. Ломоносова, МТУСИ, Университет ИТМО, ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Самарский университет им. С. П. Королева и Казанский научный центр РАН. Подробнее здесь.

Запуск производства оборудования связи, работающего на фотонных интегральных микросхемах

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» совместно с группой компаний «Элемент» 7 ноября 2024 года объявили о начале производства сверхвысокочастотных генераторов на основе фотонных интегральных микросхем (ФИС), обладающих уникальными характеристиками. Предполагается, что разработка поможет наладить квантовые коммуникации. Подробнее здесь

Выпущен первый в мире коммерческий квантовый процессор с 4400 кубитами

В начале ноября 2024 года компания D-Wave Quantum представила первый в мире коммерческий квантовый компьютер с более чем 4400 кубитами. Производитель полностью завершил калибровку и сравнительный анализ процессора Advantage2, получив многообещающие результаты: новый процессор демонстрирует существенный прирост производительности по сравнению с текущей системой Advantage при решении сложных вычислительных задач клиентов в таких областях, как оптимизация, ИИ и материаловедение. Подробнее здесь.

Выпущен протокол для защиты связи от квантовых атак

В начале ноября 2024 года в Китае анонсировали «квантовоустойчивый» протокола для защиты связи от современных кибератак. Этот протокол поможет правительственным учреждениям по всему миру защитить себя в случае, если злоумышленник попытается использовать квантовые компьютеры для взлома традиционных методов шифрования. Подробнее здесь.

Классические компьютеры начали побеждать квантовые. Новое открытие разъясняет границы между ними

В конце октября 2024 года исследователи из Центра вычислительной квантовой физики (CCQ) при Институте Флэтайрон сообщили о том, что им удалось успешно использовать классический компьютер для решения задачи, с которой, как считалось ранее, в состоянии справиться только квантовые системы. Достижение, как утверждается, поможет лучше определить границу между возможностями традиционных и квантовых компьютеров.

Участники проекта работали над созданием алгоритмов и кодов для решения сложных квантовых задач с помощью классических компьютеров. В частности, изучалась двумерная квантовая система переворачивающихся магнитов. В квантовых масштабах отдельный магнит может быть ориентирован вверх или вниз, или он может находиться в суперпозиции — квантовом состоянии, в котором он одновременно указывает и вверх, и вниз. То, насколько вверх или вниз направлен магнит, определяет количество энергии, которой он обладает, когда находится в магнитном поле.

𝓲

nature.com

В исходном состоянии все магниты были направлены в одну сторону. Затем система была возмущена небольшим магнитным полем, что заставило некоторые магниты перевернуться, что также побудило перевернуться и соседние магниты. Такое поведение — когда магниты влияют на состояние друг друга — может привести к запутыванию, то есть, связыванию суперпозиций. Со временем возросшая запутанность системы затрудняет ее моделирование на классическом компьютере.

Но, как отмечается в работе, в закрытой системе есть только определенное количество энергии, что ограничивает рост запутанности. А это позволяет выполнять моделирование системы с массивом крошечных переворачивающихся магнитов на обычном компьютере, а не только на квантовой платформе, как предполагалось ранее. Причем по производительности традиционный ПК в этом случае может превзойти квантовую систему.^[1]

Самый большой в Европе фотонный квантовый компьютер введен в эксплуатацию

7 октября 2024 года исследователи из Университета Падерборна в Германии объявили о вводе в эксплуатацию самого большого в Европе фотонного квантового компьютера. Система под названием Paderborn Quantum Sampler (PaQS), как ожидается, поможет в решении сложных задач в самых разных областях — от здравоохранения и производства до логистики и финансов. Подробнее здесь

Новый квантовый алгоритм приближает крах шифрования

23 августа 2024 года американские исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сообщили о разработке нового алгоритма для квантовых компьютеров, который приближает крах традиционного шифрования. В долгосрочной перспективе результаты работы могут способствовать появлению криптографических методов, способных противостоять взлому при помощи квантовых компьютеров. Подробнее здесь

Прорыв в квантовых коммуникациях: Объединен обычный и квантовый интернет

В начале августа 2024 года немецкие исследователи из Ганноверского университета имени Готфрида Вильгельма Лейбница сообщили о прорыве области квантовых коммуникаций. Им удалось объединить обычный и квантовый интернет.

Специалисты предложили приемопередатчик нового типа, который позволяет передавать запутанные фотоны по оптоволокну. Это достижение открывает путь к формированию квантового интернета — сети с высочайшим уровнем защиты информации. Предполагается, что зашифрованные данные в такой системе не смогут декодировать даже высокопроизводительные квантовые компьютеры будущего. В рамках работы ученые продемонстрировали, что запутанные фотоны и лазерные импульсы могут быть переданы по одному оптическому волокну.

𝓲

Bloomberg

Чтобы квантовый интернет стал реальностью, нам нужно передавать запутанные фотоны по оптоволоконным сетям. При этом мы хотим продолжать использовать оптические волокна для традиционной передачи данных. Наше исследование — важный шаг к объединению обычного и квантового интернета, — говорит профессор Михаэль Куес (Michael Kues), один из участников проекта.

Исследователи показали, что запутанность фотонов сохраняется, даже когда они посылаются вместе с лазерным импульсом. Изменить цвет лазерного импульса можно с помощью высокоскоростного электрического сигнала таким образом, чтобы он соответствовал цвету запутанных фотонов. Этот эффект, согласно заявлениям ученых, позволяет объединять лазерные импульсы и запутанные фотоны одного цвета в оптическом волокне и снова разделять их. Ранее не было возможности использовать один и тот же канал в оптоволокне для передачи и запутанных фотонов, и лазерных импульсов. Дело в том, что обычно запутанные фотоны блокируют канал в оптическом волокне, не позволяя использовать его для традиционной передачи данных.^[2]

Топ-10 наиболее перспективных технологий квантовой связи

Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ 18 июля 2024 года поделился с TAdviser перечнем наиболее перспективных направлений разработок, которые, по прогнозам исследователей, будут задавать вектор развития квантовой связи в мире на ближайшие несколько лет. Топ-десять технологий были определены с применением системы интеллектуального анализа больших данных iFORA.

В целом квантовые коммуникации — принципиально новый физический подход к обеспечению конфиденциальности и целостности данных и одно из самых перспективных направлений развития телекоммуникационной отрасли, подчеркнули в ИСИЭЗ НИУ ВШЭ. По оценкам аналитиков, к 2032 году глобальный спрос на технологии квантовой связи, которые уже стремительно завоевывают рынок, может превысить $8 млрд (прирост почти в 10 раз за десятилетие). Своевременный переход на квантово-устойчивые решения для защиты критической инфраструктуры становится приоритетной задачей информационной безопасности для государства и бизнеса, и значимость ее все более усиливается на фоне перспектив появления квантовых компьютеров, которые сделают уязвимыми традиционные методы криптографии. Однако массовому внедрению технологий квантовых коммуникаций пока препятствует высокая стоимость развертывания квантовых сетей и ряд физических и технических ограничений их реализации, необходимость преодоления которых намечает отдельные направления разработок (табл. 1).

𝓲

ИСИЭЗ НИУ ВШЭ

По версии ИСИЭЗ НИУ ВШЭ, квантовый интернет (№ 1 в рейтинге) является наиболее ожидаемой технологией квантово-защищенной связи. Развертывание единой квантовой сети позволит связать квантовые процессоры и различные устройства и сенсоры (например, удаленные атомные часы или телескопы), обеспечив высочайшую точность синхронизации операций. Фундаментом для реализации квантового интернета является квантовая телепортация — процесс передачи квантового состояния физического объекта на идентичный объект, находящийся в другом месте, без прямого переноса квантовой частицы. Первый экспериментальный прототип квантового интернета уже создан в китайской столице: в 2023 году с помощью развернутого квантового канала связи протяженностью 64 км продемонстрировали рекордную скорость передачи данных (7,1 кубитов в секунду). Как отметили исследователи, достигнутой скорости квантовой телепортации пока недостаточно для развертывания полномасштабного квантового интернета. И в обозримом будущем он вряд ли заменит действующую Всемирную сеть, а, наиболее вероятно, будет использоваться в качестве сопутствующей технологии гибридной вычислительной экосистемы для решения специализированных задач в отдельных отраслях — государственном управлении, финансовом секторе, на транспорте и др. В долгосрочной перспективе создание квантового интернета приведет к смене парадигмы безопасности глобальных коммуникаций и предваряет появление универсальных квантовых компьютеров.

Высокий интерес банковского сектора к защите финансовых транзакций между странами привел к появлению концепции квантового банкинга, или квантовой финансовой системы (№ 3), основанной на технологии блокчейна и квантовых вычислений. Одним из ее компонентов станут квантовые деньги — децентрализованная форма цифровой валюты, защищенная от подделки квантовой криптографией. Но для полноценного развертывания квантовой финансовой системы необходимо создание отказоустойчивого квантового компьютера. По ряду оценок, это может произойти к 2035 году, отметили в ИСИЭЗ НИУ ВШЭ.

Самым зрелым и технологически развитым, по оценкам исследователей, направлением квантовых коммуникаций является квантовое распределение ключей (№ 2). Реализованные по состоянию на июль 2024 года в системах квантовых коммуникаций решения представляют собой аппаратный комплекс передачи данных с гибридной квантово-классической защитой телекоммуникационной сети и обеспечивают только безопасную передачу ключа по открытому каналу связи между абонентами, а сама пересылаемая информация пока защищается классическими методами и по-прежнему может быть уязвима в случае потенциальных атак квантовых компьютеров. По словам представителей ИСИЭЗ НИУ ВШЭ, высокая стоимость и низкая совместимость с существующей сетевой инфраструктурой сдерживают широкое внедрение данной технологии. Ее использование наиболее целесообразно в организациях, работающих в критически важных областях.

Большинство текущих решений и протоколов позволяют обмениваться информацией только двум сторонам, что также ограничивает практическую применимость квантового распределения ключей. В этой связи становится актуальным создание многоузловых квантовых сетей (№ 9), поддерживающих одновременно связь между большим числом абонентов. В 2018 году в Австрии создали квантовую сеть, имеющую полностью связанную архитектуру, в которой один источник запутанных фотонов распределяет квантовые состояния между многими пользователями, минимизируя нагрузку на вычислительные ресурсы каждого из них. При этом сеть можно легко масштабировать на значительное число абонентов без снижения уровня безопасности. Экспериментальный прототип самой передовой многоузловой квантовой сети из трех узлов в 2023 году разработан в Китае на территории города Хэфэй, рассказали в ИСИЭЗ НИУ ВШЭ.

По принципу физической реализации квантовые коммуникации делятся на оптоволоконные (№ 8) (наземный канал связи), разворачиваемые с помощью квантового спутника (№ 6) (атмосферный канал связи) и гибридные (№ 10) (сочетающие атмосферный и наземный каналы). Современные системы квантового распределения ключей разрабатываются в основном на базе оптоволоконных линий связи с прямым соединением, связывающим только двух абонентов, и имеют физические ограничения дальности передачи квантовой информации (всего несколько сотен километров). Для решения этой проблемы в различных точках сети создается несколько узлов в доверенной среде (т.е. в пространстве с гарантированным уровнем безопасности), что делает их реализацию весьма дорогостоящей.

Снятие ограничений по протяженности — ключевое условие для создания дальнодействующей квантовой связи (№ 4). Для поддержания на больших расстояниях высокоскоростной наземной квантовой связи разрабатываются специальные устройства — квантовые повторители (ретрансляторы) (№ 7). Именно от их действенности во многом зависит успех создания квантового интернета. Первый прототип полноценного повторителя эффективностью более 80% создали в 2021 году в Китае. Двумя годами позже в Австрии разработали еще один прототип квантового повторителя на основе ионов в ловушке, который обеспечивает передачу квантовой информации на расстояние более 800 км.

Для эффективной работы повторителей квантовых сигналов необходима квантовая память (№ 5) — устройство, способное сохранять квантовое состояние световых частиц в течение продолжительного времени. Существует множество различных подходов к реализации квантовой памяти, основанных на разных физических системах (сверхпроводники, атомы, ионы, молекулы, кристаллы и др.). Однако многие из созданных прототипов обладают низкой скоростью работы и плохо совместимы с существующими системами квантовой связи. В 2023 году в мире был создан прототип квантовой памяти на ионах в ловушке, обладающий рекордным временем хранения квантовых состояний (около 10 сек). Позже представили квантовую память на основе атомов, которая может подойти для массового производства и использования.

Увеличить дальность передачи квантовой информации, помимо квантовых повторителей, могут квантовые спутники (№ 6) на низких околоземных орбитах. Они позволяют передавать зашифрованные сообщения на наземные станции, при этом на значительно бóльшие расстояния между сторонами коммуникации по сравнению с наземным способом квантовой связи, пояснили исследователи. Подобная система создана только в Китае на базе спутников «Мо-цзы» (Mozi, 2016) и «Цзинань-1» (Jinan 1, 2022). Однако китайские устройства до сих пор имеют серьезное техническое ограничение — низкую скорость генерации ключей. Кроме того, спутник «Мо-цзы» пока работает лишь в ночное время.

Квантовые технологии формируют новый ландшафт передачи и защиты данных. Но прежде чем описанные в настоящем обзоре решения кардинально изменят сферу коммуникаций и принципы информационной безопасности, ученым предстоит преодолеть ряд физических и технических ограничений, сдерживающих по отдельным направлениям развитие данного кластера технологий, считают в ИСИЭЗ НИУ ВШЭ. Так, серьезным препятствием в реализации значимых для квантово-защищенной связи решений на базе квантового распределения ключей исследователи назвали малую дальность передачи, низкую скорость, небольшое число взаимодействующих пользователей. Возможные сценарии преодоления такого рода сложностей предполагают, например: создание квантовых повторителей и памяти для обеспечения большей дальности наземных сетей, разработку квантового спутника для формирования атмосферного канала передачи информации и реализацию принципа квантовой телепортации для запуска самого амбициозного проекта квантовой связи — квантового интернета.^[3]

Выпущен квантовый компьютер, который стал самым мощным и точным в мире

5 июня 2024 года компания Quantinuum представила 56-кубитный квантовый компьютер H2-1, который, как утверждается, сочетает в себе лучшие в отрасли показатели точности и производительности с возможностями коррекции ошибок. По заявлениям Quantinuum, новая система приближает эпоху универсальных отказоустойчивых квантовых вычислений. Подробнее здесь.

В 10 раз меньше кубитов, но вдвое больше производительность. Разработан самый мощный в мире квантовый компьютер

В июле 2024 года стало известно о создании самого высокопроизводительного чипа для квантового компьютера. Высокопроизводительный квантовый чип производства компании Oxford Ionics побил рекорды по производительности двухкубитных и однокубитных вентилей. Подробнее здесь.

США ввели санкции против китайских разработчиков квантовых компьютеров

9 мая 2024 года Министерство торговли США ввело экспортные ограничения против 37 китайских компаний и организаций. Некоторые из них ведут исследования и разработки в области квантовых технологий, что, как утверждает Вашингтон, угрожает национальной безопасности США. Подробнее здесь.

Прощай, GPS. Началось применение первой квантовой навигации для самолетов, которую нельзя взломать

Началось применение первой квантовой навигации для самолетов, которую нельзя взломать. Новая технология под названием Q-INS (Quantum Inertial Navigation System) может прийти на смену GPS. Об этом в мае 2024 года рассказал заместитель министра науки, инноваций и технологий Британии Эндрю Гриффит, в ведении которого находятся космические проекты страны. Подробнее здесь.

В Китае создали мощнейший квантовый компьютер. Доступ к нему откроют через облако

В конце апреля 2024 года Центр инновационных исследований квантовой информации и квантовой физики Китайской академии наук (CAS) сообщил о разработке 504-кубитного чипа. Изделие под названием Xiaohong станет основой самого мощного в КНР квантового компьютера, созданием которого занимаются China Telecom Quantum Group и QuantumCTek. Подробнее здесь.

Геологическая служба США начинает использовать квантовые технологии для поиска полезных ископаемых

16 января 2024 года Геологическая служба США (USGS) и компания Q-Ctrl объявили о заключении договора о сотрудничестве, цель которого заключается в использовании квантовых технологий для поиска полезных ископаемых. Кроме того, стороны изучат новые методы прогнозирования стихийных бедствий. Подробнее здесь.

2023

Объем мирового рынка квантовых сенсоров достиг $327,7 млн

В 2023 году затраты на мировом рынке квантовых сенсоров составили примерно $327,7 млн. Данный сектор устойчиво развивается, что объясняется технологическим прогрессом в области квантовых вычислений и растущим спросом на более точные измерения. Рыночные тенденции рассматриваются в обзоре Fortune Business Insights, опубликованном в конце сентября 2024 года.

Квантовые сенсоры — высокоточные измерительные приборы, работа которых основана на эффектах квантовой механики. Такие датчики отличаются крайне высокой чувствительностью, благодаря чему способны делать измерения, недоступные классическим устройствам. Квантовые сенсоры, в частности, служат для обнаружения изменений гравитации, магнитных полей, температуры и других факторов окружающей среды. Эти датчики предоставляют возможности, имеющие решающее значение для современных производственных процессов, робототехники, автоматизации и медицины. Квантовые акселерометры и гироскопы обеспечивают высокоточную инерциальную навигацию, которая применяется на подводных лодках, самолетах и автономных транспортных средствах, работающих в условиях отсутствия GPS.

В исследовании сказано, что пандемия COVID-19 оказала двоякое влияние на рынок. С одной стороны, нарушения в цепочках поставок и замедление экономики негативно сказались на производстве и спровоцировали задержки некоторых проектов. Но, с другой стороны, пандемия усилила спрос на передовые медицинские диагностические инструменты, благодаря чему увеличились инвестиции в технологии квантовых датчиков для сферы здравоохранения.

Одним из ключевых драйвером отрасли названо развитие искусственного интеллекта и машинного обучения. Квантовые датчики генерируют огромные объемы данных, а алгоритмы генеративного ИИ могут обрабатывать и анализировать их в режиме реального времени, предоставляя более точные результаты. К тому же ИИ может использоваться для моделирования и оптимизации конструкции квантовых сенсоров.

Вместе с тем существует и ряд сдерживающих факторов. Разработка и производство квантовых сенсоров требуют значительных инвестиций в передовые технологии, материалы и квалифицированный персонал. Высокие первоначальные затраты могут стать препятствием для многих организаций, что замедляет развитие рынка. Кроме того, перенос технологий квантовых датчиков из лабораторных условий в практические и крупномасштабные приложения вызывает значительные трудности.

Среди ведущих игроков отрасли названы Campbell Scientific, AOSense, Apogee Instruments, SandboxAQ, M Squared Lasers Limited, QDM.IO, ID Quantique, Muquans SAS, Atomionics Pte, SBQuantum, Oxford Instruments и Nomad Atomics. По сферам применения рынок подразделяется на автомобилестроение, здравоохранение и науки о жизни, военную и оборонную промышленность, сельское хозяйство, нефтегазовую промышленность и другие. Автомобильный сегмент в 2023 году занял самую большую долю благодаря широкому использованию передовых сенсорных технологий для систем безопасности, навигации и автономного вождения. Лидером по расходам на квантовые сенсоры является Северная Америка — $113,3 млн по итогам 2023-го. Вместе с тем Азиатско-Тихоокеанский регион демонстрирует наиболее высокие темпы роста.

Аналитики Fortune Business Insights полагают, что в дальнейшем показатель CAGR (среднегодовой темп роста в сложных процентах) на мировом рынке квантовых сенсоров составит 15,7%. В результате, к 2032 году затраты в глобальном масштабе, как прогнозируется, достигнут $1,21 млрд.^[4]

Банки начали использовать защиту операций от атак с квантовых компьютеров

6 декабря 2023 года HSBC объявил о том, что стал первым в мире банком, внедрившим квантовую защиту ИИ-операций, связанных с торговлей иностранными валютами. Новый метод, как отмечается, сможет оградить финансовые системы от мощных кибератак следующего поколения — в том числе тех, при проведении которых применяются квантовые компьютеры. Подробнее здесь.

Представлен первый в мире модульный квантовый компьютер

4 декабря 2023 года корпорация IBM анонсировала первый в мире модульный квантовый компьютер — платформу Quantum System Two. В основу данной системы положены новейшие квантовые процессоры IBM Heron со 133 кубитами (квантовыми битами). Подробнее здесь.

Alibaba свернула лабораторию квантовых вычислений из-за нехватки денег

27 ноября 2023 года китайская технологическая корпорация Alibaba Group Holding сообщила о закрытии исследовательской лаборатории квантовых вычислений. Данное решение связано с нехваткой денег и необходимостью улучшения финансовых показателей в условиях нестабильной макроэкономической обстановки. Подробнее здесь.

Создан квантовый компьютер с рекордными 1225 кубитами

24 октября 2023 года стартап Atom Computing объявил о создании первого в отрасли квантового компьютера с более чем 1000 кубитов. Компания заявляет, что это знаковое событие, поскольку с появлением подобных систем универсальные квантовые компьютеры начнут трансформировать отрасль высокопроизводительных вычислений (НРС). Подробнее здесь.

В Китае создали фотонный квантовый компьютер, за долю секунды решающий задачи, с которыми суперкомпьютеры справятся за 20 млрд лет

11 октября 2023 года исследователи из Университета науки и технологий Китая в Хэфэе (городской округ в провинции Аньхой) сообщили о разработке фотонного квантового компьютера JiuZhang 3. Утверждается, что система способна решать сверхсложные математические задачи за миллионные доли секунды, тогда как самому мощному в мире суперкомпьютеру на это потребуются миллиарды лет. Подробнее здесь.

В Китае запустили крупнейшую платформу облачных квантовых вычислений

19 августа 2023 года начала работу крупнейшая в Китае платформа облачных квантовых вычислений. Предполагается, что система позволит ускорить решение ресурсоемких задач в различных областях, включая аэрокосмическую промышленность и транспортный сектор. Подробнее здесь.

Лазерный чип может стать ключом к созданию масштабируемой квантовой памяти

Квантовая память является важной составляющей для создания квантовых сетей, совместимых с оптоволоконными линиями связи. Они нужны для качественной связи, быстрой передачи данных, а также для эффективных вычислений и много чего еще. Инженерам и ИТ-специалистам пока не удалось воссоздать такую сеть в больших размерах. Об этом стало известно 1 августа 2023 года.

Группа исследователей под руководством Сюэин Чжан описала, как обеспечить многомодовое хранение одиночного фотона на чипе, написанном лазером. Разработка позволит значительно увеличить скорость передачи информации по сравнению с одномодовым хранением (одномодовыми квантовыми каналами связи).

Устройство хранения на основе ниобата лития, легированного ионами эрбия, интегрировано с оптоволоконными компонентами телеком диапазона. Это открывает путь для создания квантовых сетей на базе интегральных фотонных схем.

Чжан и коллеги спроектировали волновод, напрямую связанный с одномодовым волокном. Для совместимости с оптоволоконной связью использовали оптические коллиматоры. На чипе реализовали систему квантовой памяти на основе атомно-частотного гребня шириной 4 ГГц.

В экспериментах по многомодовому хранению генерировали связанные пары фотонов в волноводе ниобата лития. Для одномодового хранения использовали одиночный лазерный импульс.

Для создания атомно-частотного гребня ионы эрбия внедряли в периодическую структуру с интервалом зубьев 5 МГц.

Таким образом удалось продемонстрировать новый способ хранения неклассического света с большой временной полосой пропускания. Ученые создали квантовую память на чипе со временем хранения целых 200 наносекунд.

Результаты эксперимента помогут усовершенствовать высокоскоростные квантовые сети. При этом понадобятся улучшения для создания полноценного устройства, в частности интеграция источников фотонов с памятью^[5].

Европа не готова к квантовому апокалипсису: новый доклад раскрывает все слабости ЕС в части кибербезопасности

17 июля 2023 года обнародован перечень рекомендаций для Европейского союза по обеспечению защиты государств-членов от кибератак нового типа с использованием квантовых вычислений. Подробнее здесь.

Разработано устройство, позволяющее хранить квантовую информацию в звуковых волнах

22 июня 2023 года американские учёные из Калифорнийского технологического института сообщили о разработке новой технологии хранения информации в квантовых компьютерах. Речь идёт о переводе электрических квантовых состояний в звуковые волны. Подробнее здесь.

В Китае разработали квантовый компьютер, который в 180 млн раз быстрее справляется с ИИ-задачами, чем суперкомпьютеры

В начале июня 2023 года ученые из Университета науки и технологий Китая заявили, что они достигли еще одной вехи в квантовых вычислениях, заявив, что их устройство Jiuzhang может выполнять задачи, обычно используемые в ИИ, в 180 млн раз быстрее, чем самый мощный в мире суперкомпьютер. Подробнее здесь.

В Китае представили систему квантового распределения ключей на базе дронов

В начале июня 2023 года ученые Нанкинского университета во главе с Тянь Сяохуэй разработали новый подход, который позволит повысить дальность работы защищенной квантовой связи, а также сделает ее более мобильной и доступной вне стен городов. Так, ученые создали компактную установку для квантового распределения ключей, которую можно установить на любой дрон.

Квантовая связь на основе дронов имеет потенциал для реализации мобильной квантовой сети, и распределение запутанности было продемонстрировано с помощью одного и двух дронов. Тянь Сяохуэй сообщил о первом квантовом распределении ключей (QKD) на основе дронов, со средней безопасной скоростью передачи ключа со средней безопасной скоростью более 8 кГц, используя протокол BB84 с обманным состоянием и поляризационным кодированием.

В Китае представили систему квантового распределения ключей на базе дронов

Компактная система сбора, наведения и отслеживания (APT) и модули QKD были разработаны и установлены на самодельный октокоптер, взлетный вес которого не превышает 30 кг. Ученые Нанкинского университета показали, как устанавливается надежная связь между летающим октокоптером и наземной станцией, расположенной на расстоянии 200 м, и QKD в реальном времени выполняется в течение 400 сек.

Успешная реализация этого эксперимента говорит о возможности использования дронов, оснащенных системами, для организации будущих систем мобильной квантовой связи. Метод квантовых распределений ключей использует квантовые явления для гарантии безопасной связи и дает возможность обнаружить двум пользователям присутствие третьей стороны, пытающейся получить информацию о ключе, - сказал глава проекта Тянь Сяохуэй.

Проделанное исследование ученых из Нанкинского университета показывает потенциал квантовой связи на основе дронов для будущих мобильных квантовых сетей во всем мире. В связи с тем, что повысить дальность передачи квантовой информации можно, обмениваясь данными не через оптоволоконные кабели, а через спутники связи или при помощи атмосферных лазеров.^[6]

Ученые из Университета Миннесоты в США создали суперпроводящий диод

8 июня 2023 года стало известно о том, что команда ученых из Университета Миннесоты в США создала суперпроводящий диод, который может помочь масштабировать квантовые компьютеры для промышленного использования и повысить производительность систем искусственного интеллекта. По сравнению с другими суперпроводящими диодами, устройство исследователей более энергоэффективно, может обрабатывать несколько электрических сигналов одновременно и содержит ряд затворов для управления потоком энергии, что ранее никогда не внедрялось в суперпроводящий диодах. Подробнее здесь.

Госоператор связи China Telecom создал компанию для развития квантовых вычислений и инвестировал в нее $422 млн

30 мая 2023 года китайсий государственный телеком-оператор China Telecom сообщил о формировании компании в сфере квантовых информационных технологий — Quantum Information Technology Group. Инвестиции в проект составили 3 млрд юаней (приблизительно $422 млн по курсу на 31 мая 2023-го). Подробнее здесь.

Rolls-Royce начала использовать квантовые вычисления при разработке авиадвигателей

21 мая 2023 года компании Nvidia, Rolls-Royce и Classiq объявили о прорыве в области квантовых вычислений, который, как ожидается, приведёт к значительному повышению эффективности реактивных двигателей. Подробнее здесь.

Физики научились управлять квантовым светом. Это открывает большие возможности для медвизуализации и квантовых компьютеров

20 марта 2023 года команда австралийских и швейцарских учёных сообщила о том, что им впервые удалось продемонстрировать возможность выполнения манипуляций с небольшим количеством взаимодействующих фотонов. Это открывает принципиально новые возможности для создания квантовых компьютеров и других устройств, например, систем медицинской визуализации.

В работах приняли участие сотрудники Университета Сиднея и Базельского университета. Исследователям удалось зафиксировать стимулированное излучение одиночных фотонов. В частности, учёные смогли измерить непосредственную временную задержку между одним фотоном и парой связанных фотонов, рассеянных на одной квантовой точке. Физики говорят, что это открывает двери для манипулирования тем, что можно назвать «квантовым светом».

Ученым удалось сманипулировать небольшое количество взаимодействующих фотонов

По заявлениям специалистов, созданная ими система индуцирует настолько сильные взаимодействия между фотонами, что можно наблюдать разницу между одной и двумя частицами. В результате, с применением квантового света можно проводить более точные измерения с повышенным разрешением, используя меньшее количество фотонов. Такой подход будет востребован в ряде областей, в частности, в биологической микроскопии, когда большая интенсивность света может повредить образцы или когда наблюдаемые особенности чрезвычайно малы. Кроме того, специалисты намерены выяснить, как результаты их исследования могут быть использованы для создания состояний света, полезных для отказоустойчивых квантовых вычислений.

Мы заметили, что один фотон задерживается на большее время по сравнению с двумя фотонами. При этом действительно сильном фотон-фотонном взаимодействии два фотона запутываются в форме того, что называется двухфотонным связанным состоянием, — сказала доктор Наташа Томм (Natasha Tomm) из Базельского университета.[7]

Китай строит квантовую спутниковую сеть

В начале марта 2023 года стало известно о том, что китайские исследовательские институты работают над созданием сети квантовой связи с использованием спутников на низких, средних и высоких околоземных орбитах. Подробнее здесь.

Китай начал серийное производство квантовых компьютеров на 24 кубита

Китай поставил свой первый серийный квантовый компьютер, который можно использовать для решения практических задач. Об этом в конце января 2023 года сообщила газета Министерства науки КНР. Подробнее здесь.

2022

Китай обошел США по количеству патентов на квантовые технологии

В период с 2003-го по 2022 год на долю Китая в мировом масштабе пришлось 37% заявок на патенты, связанные с квантовыми технологиями. Для сравнения, у США этот показатель составил немногим более 28%. Такие цифры приводятся в исследовании, результаты которого обнародованы в конце марта 2024 года.

Отмечается, что Китай и США придерживаются разных стратегий в области развития квантовых технологий. В частности, КНР делает упор на квантовую криптографию для защиты коммуникаций, тогда как США отдают предпочтение квантовым вычислениям. Однако, судя по данным, опубликованным Управлением интеллектуальной собственности Китая, Пекин меняет свой подход к реализации квантовой стратегии. В частности, технологии, связанные с квантовыми вычислениями, описывались в 56,5% от общего количества патентов в соответствующей области, выданных в Китае с 2013-го по 2022 год. На квантовые коммуникации пришлось 30,3% патентов в КНР за указанный период.

𝓲

Unsplash

Вместе с тем отмечается, что США лидируют в таких сферах, как квантовые компьютеры и квантовое зондирование. В отчете, представленном лондонской аналитической компанией GlobalData в 2022 году, говорится, что Китай отставал от США в области квантовых вычислений примерно на пять лет. Но в исследовании GlobalData, обнародованном в феврале 2024-го, сказано, что эти страны идут практически «плечом к плечу». Иными словами, отставание КНР от США сократилось до минимума.

Американская некоммерческая исследовательская организация RAND отмечает, что достижения Китая в определенных областях квантовых вычислений делают лидерство США «спорным». При этом квантовые технологии появились в программе национального планирования США в 1994 году, а в Китае — только в 2013-м. В 2009 году Китай впервые обогнал США по общему количеству заявок на патенты в квантовой сфере.^[8]

Стартапы в области квантовых технологий привлекли $2,35 млрд венчурных инвестиций

Квантовые вычисления могут дать миру стимул для развития новых индустрий, основанных на обработке больших данных, отмечается в аналитическом докладе «Квантовые вычисления: перспективы для бизнеса», которым с TAdviser 21 сентября 2023 года поделились представители Сбербанка. Кроме того, они могут обеспечить повышение производительности и эффективности алгоритмов искусственного интеллекта, точности моделей и симуляций сложных систем (таких как молекулы новых лекарств, химические реакции или физические процессы), а также обеспечить новый уровень расчётов в финансах и логистике, новые решения климатических проблем и криптографические алгоритмы, которые обеспечат более высокий уровень безопасности.

По данным, доступным на апрель 2023 г.

Как отмечается в докладе, ведущие страны мира, понимая прорывной потенциал этого направления, включают квантовые технологии в национальные программы и выделяют всё бОльшие бюджеты на исследования. Лидером здесь выступает Китай с общим объёмом госфинансирования в размере $15,3 млрд, что в 4 раза превышает аналогичный показатель США и в 2 раза – показатель ЕС.

В то же время, всё большее внимание в мире уделяется поддержке стартапов в области квантовых технологий. Так, в 2022 году венчурные инвесторы по всему миру вложили в них $2,35 млрд.

Также в 2022 году в мире выдано и опубликовано почти 1600 патентов во всех подобластях квантовых вычислений: от физических реализаций квантового оборудования и коррекции ошибок до ИИ и машинного обучения, говорится в документе.

Свои программы развития имеют ведущие технологические корпорации мира. Так, IBM, которая уже изготовила квантовый процессор на 433 кубита, планирует в 2023 году нарастить количество кубитов до 1121, а Google намерена показать устройство на тысячу кубит после 2025 года. О намерении разработать полный стек технологий для квантовых вычислений заявила корпорация Intel и уже выпустила на рынок квантовые чипы на спиновых кубитах, производимые при помощи технологий для выпуска классических полупроводниковых транзисторов.

По данным, доступным на апрель 2023 г.

В свою очередь, в России работа в области квантовых вычислений ведётся над четырьмя ключевыми физическими платформами: сверхпроводниковыми кубитами, фотонными схемами, нейтральными атомами и ионами в ловушках. Сформировался пул организаций, среди которых как компании, так и научные институты и университеты, которые проводят исследования и разработки, изучают применимость квантовых вычислений к практическим задачам.

В докладе отмечаются следующие основные технологические результаты, достигнутые в России:

• созданы экспериментальные образцы 8-кубитного квантового процессора на сверхпроводниках, 4-кубитного квантового компьютера на основе фотонных чипов и 16-кубитного квантового компьютера на нейтральных атомах (МГУ им. М. В. Ломоносова, Российский квантовый центр (РКЦ));
• представлен 16-кубитный процессор на ионах в ловушках на базе кудитов (ФИАН, РКЦ). Отрабатывается точность квантовых логических операций каждого из кубитов и их попарных взаимодействий;
• разработана демонстрационная схема 8-кубитного квантового симулятора на сверхпроводниках (МФТИ, МИСиС). По результатам 2022 г. в рамках работ по дорожной карте на нём впервые в России реализован алгоритм машинного обучения.

Для поступательного развития квантовых вычислений в России, согласно выводам аналитического доклада, нужно, чтобы в российском квантовом сообществе стало больше исследователей, а бизнес больше вовлекался в постановку задач и разработку прикладных технологий. Корпорациям надо быть более открытыми к внедрению нового и инвестировать в том числе в подготовку кадров для новой индустрии.

В целом авторы исследования приходят к выводам, что, хотя ещё никому в мире не удалось продемонстрировать практическое квантовое превосходство, тем не менее компаниям стоит планировать уже сегодня, что будет после его достижения. Квантовые вычисления возможно достаточно органично встроить в рабочие процессы обработки данных, с применением адаптационных инструментов для популярных языков программирования и интерфейсов.

«Сбер в соавторстве с партнёрами проанализировал ситуацию с квантовыми вычислениями в России и мире не просто с точки зрения науки, но и с точки зрения бизнеса, выяснив, как "кванты" повлияют на технологические компании. Изучив десятки отчётов, инвестиционных стратегий, национальных программ и дорожных карт ведущих стран и корпораций мира, мы пришли к выводу, что внедрение квантовых вычислений может дать кратное увеличение эффективности финансовых и логистических процессов, позволит ускорить разработку новых лекарств и материалов с заданными свойствами, обрабатывать огромные массивы данных и делать это не только быстро, но и со значительной экономией вычислительных ресурсов и энергии, – заявил Альберт Ефимов, вице-президент, директор Управления исследований и инноваций Сбербанка. – А синергия "квантов" и ИИ открывает путь к новой технологической революции, во главе которой станет сильный искусственный квантовый интеллект. Это будет новый уровень умных машин, которые станут полноценными собеседниками, помощниками и ассистентами человека».

Подробнее ознакомиться с докладом Сбера «Квантовые вычисления: перспективы для бизнеса» можно по ссылке. Документ подготовлен банком совместно с партнёрами — ВНИИА им. Н. Л. Духова и Институтом искусственного интеллекта AIRI. В сборнике дана оценка текущего состояния и сделаны выводы о развитии квантовых вычислений, препятствиях и ограничениях, которые предстоит преодолеть на пути практического применения квантовых компьютеров как в мире, так и России. В докладе также содержится перечень задач, которые бизнес может решать с помощью квантовых вычислений, и обзор ключевых российских и зарубежных игроков в этой сфере.

Взлом криптографического алгоритма RSA с помощью квантового компьютера

23 декабря 2022 года обнародованы результаты исследования китайских учёных, говорящие о том, что RSA-ключи шифрования взломаны с помощью |квантовых компьютеров. Подробнее здесь.

Как квантовые технологии помогают Toyota собирать автомобили

21 октября 2022 года японский автогигант Toyota и компания Fujitsu Limited сообщили о сотрудничестве в рамках проекта по внедрению технологии Fujitsu Digital Annealer на предприятиях по производству автомобилей. Подробнее здесь.

Baidu представила свой первый квантовый компьютер

25 августа 2022 года китайская компания Baidu, развивающая одноименную поисковую систему (крупнейшую в КНР), представила свой первый квантовый компьютер. Он получил название Qianshi. Подробнее здесь.

Nvidia представила вычислительную платформу Quantum Optimized Device Architecture

Nvidia представила свою вычислительную платформу Quantum Optimized Device Architecture (QODA), цель которой — преодолеть разрыв между квантовыми и классическими приложениями. Об этом стало известно 13 июля 2022 года. Подробнее здесь.

Fujitsu представила симулятор квантового компьютера

В конце марта 2022 года Fujitsu представила симулятор квантового компьютера, способный обрабатывать 36-кубитные квантовые схемы в кластерной системе с суперкомпьютером PRIMEHPC FX 700, оснащенным тем же процессором, что и самый быстрый в мире суперкомпьютер Fugaku. Подробнее здесь.

2021

Hitachi разработала квантовый компьютер для управления движением поездов

В середине октября 2021 года японский промышленный гигант Hitachi сообщил о разработке системы автоматизации на основе технологии квазиквантовых вычислений для оптимизации работы железных дорог. По словам разработчиков, их решение составляет график работы персонала всего за 30 минут, тогда как обычно этот процесс занимает 3-5 дней. Подробнее здесь.

Начались продажи первого в мире свер­хпроводящего процессора для квантовых комп­ьютеров

В середине июля 2021 года голландский стартап QuantWare выпустил первый в мире коммерчески доступный сверхпроводящий процессор для квантовых компьютеров (QPU). Эксперты считают, что эта разработка может значительно ускорить революцию в области квантовых вычислений. Подробнее здесь.

В Китае создали самый мощный в мире квантовый компьютер

В середине июля 2021 года китайские исследователи продемонстрировали самый мощный в мире квантовый компьютер, потеснивший процессор Sycamore от Google с лидерских позиций. Подробнее здесь.

Toshiba создала невосприимчивую к взлому квантовую сеть

В середине июня 2021 года исследователи из Кембриджской исследовательской лаборатории Toshiba Europe продемонстрировали, что квантовая информация может успешно передаваться по оптическим волокнам, длина которых превышает 600 км. Новое рекордное расстояние откроет путь для передачи квантовой информации на большие расстояния между мегаполисами. Также утверждается что созданную квантовую сеть нельзя взломать.

Исследователи пояснили, что одной из самых сложных технологических проблем при построении квантового Интернета является проблема передачи квантовых битов по длинным оптическим волокнам. Ранее передача кубитов по оптоволоконным сетям была ограничена небольшой протяженностью сети. Незначительные изменения в окружающей среде, в том числе температурные колебания, могут спровоцировать расширение или сжатие кабеля, что приведет к уничтожению информации.

Toshiba представила невосприимчивую к взлому квантовую сеть

Для уменьшения воздействия окружающей среды в Toshiba создали метод, называемый двухдиапазонной стабилизацией. Он предполагает передачу данных посредством двух сигналов, один из которых компенсирует быстро меняющиеся отклонения, а второй предназначен для более точной настройки фазы. Так, инженеры достигли возможности качественно передавать информацию на расстоянии до 600 км.

Благодаря последнему достижению инженеры смогут создать сеть нового поколения, по которой можно будет безопасно передавать данные между городами и даже странами.

Наше видение - это платформа для услуг квантовых информационных технологий, которая обеспечит не только безопасную связь в глобальном масштабе, но и трансформирующие технологии, такие как облачные квантовые вычисления и распределенное квантовое зондирование.

Первым использованием новой технологии, вероятно, будет применение ее для квантового распределения ключей (QKD). Передаваемая посредством оптического волокна информация шифруется с помощью технологии QKD. Ученые объяснили, что, для формирования ключей шифрования протокол использует квантовые сети, которые практически исключают проникновение. При потенциальном взломе сети обе стороны будут предупреждены.^[9]

АНБ запустила лабораторию для развития квантовых вычислений

В начале мая 2021 года Исследовательская лаборатория Армии США (Army Research Office) и Лаборатория физических наук (Laboratory for Physical Sciences) при Агентстве национальной безопасности (АНБ) сообщили о запуске исследовательского центра для развития квантовых вычислений. Проект получил название LPS Qubit Collaboratory (LQC). Подробнее здесь.

Toshiba привносит квантовые вычисления в обычные компьютеры

В начале апреля 2021 года стало известно о том, что Toshiba реализовала возможность интеграции своего алгоритма имитации бифуркации (Simulated Bifurcation Algorithm или SBA) с программируемой вентильной матрицей (FPGA), которую можно подключить к рабочим станциям. Подробнее здесь.

Как компании ТЭК используют квантовые вычисления

В конце марта 2021 года портал Smart Energy International опубликовал статью о том, как компании топливно-энергетического комплекса (ТЭК) используют квантовые технологии для решения бизнес-задач. Одно из применений таких разработок заключается в прогнозировании объемов потреблений электроэнергии.

Кроме того, квантовые вычисления помогают предприятиям развивать новые технологии и экологические проекты, а в будущем могут помочь и в принятии инвестиционных решений, отмечают эксперты.

Компании ТЭК начали использовать квантовые вычисления для решения экологических задач

Балансировка объемов производства и потребления в условиях все более растущей децентрализации энергосистемы становится все более сложной задачей. По мере того, как растет количество распределенных энергоресурсов, а тенденция потребления становится все более неустойчивой, вычисления становятся более сложными и требуют больше времени. В результате энергетические компании прибегают к вычислениям на квантовом компьютере, — отмечается в публикации (цитата по ТАСС).

В качестве примера сообщается, что ExxonMobil в сотрудничестве с IBM изучают несколько вариантов повышения экологичности нефтедобывающей компании, в том числе оптимизацию энергосистемы и разработку новых материалов для улавливания углерода. Кроме того, помощь в решении экологических проблем IBM отказывает и BP.

Enel Group надеется, что квантовые вычисления в будущем помогут оптимизировать процессы в области управления персоналом и даже принимать инвестиционные решения. К концу марта 2021 года компания использует алгоритмы, основанные на квантовых концепциях, для оптимизации времени, которое сотрудники группы тратят на дорогу до места распределения или командировки. Ежегодно группа распределяет более 32 млн работников в 13 компаниях группы, компьютерные вычисления уже помогли сократить время пути работников Enel Group до места командировок.^[10]

Анонс квантового ускорителя от Quantum Brilliance, работающего при комнатной температуре

В конце марта 2021 года Quantum Brilliance представила, как утверждает компания, первый в мире квантовый ускоритель на основе алмаза, который может работать при комнатной температуре. Подробнее здесь.

Анонс Origin Pilot - операционной системы для квантовых компьютеров

В середине февраля 2021 года китайская компания Origin Quantum сообщила о разработке операционной системы для квантовых компьютеров. Этот продукт, по словам его создателей, способен в несколько раз повысить эффективность работы ныне существующих квантовых вычислительных систем. Подробнее здесь.

2020

Анонс квантового компьютера Honeywell System H1

В конце октября 2020 года Honeywell представила квантовый компьютер System H1, который имеет 10 кубитов. По сообщению американской компании, система обеспечивает удвоенную производительность за счет квантового объема, увеличенного до 128. Подробнее здесь.

Президент США Трамп выделил $1 млрд на 7 ИИ-институтов и 5 центров квантовых вычислений

В конце августа 2020 года Трамп выделил $1 млрд на создание семи научно-исследовательских институтов искусственного интеллекта и пяти исследовательских центров квантовых вычислений в течение пяти лет. Под руководством Национального научного фонда и Министерства энергетики 12 междисциплинарных центров будут исследовать новые технологии и обучать будущих сотрудников. Подробнее здесь.

Начало использования самого мощного квантового компьютера Honeywell

В июне 2020 года Honeywell сообщила о запуске, как утверждает компания, самого мощного квантового компьютера в истории. Систему уже начали использовать несколько клиентов, среди которых — банк JP Morgan Chase. Подробнее здесь.

США увеличивают на 20% госрасходы на квантовые технологии

27 апреля 2020 года стало известно, что Администрация президента США Дональда Трампа при планировании государственного бюджета на 2021 год решила на 20% увеличить расходы на квантовую информатику до $237 млн. При этом затраты на научную деятельность в 2021 году в целом она сокращает на 10%.

Из указанных $237 млн Министерство энергетики США планирует $25 млн в 2021 году потратить на разработку квантового интернета.

Такой уровень финансирования позволит нам начать разрабатывать основы для сложных, практичных и высокоэффективных квантовых сетей, — заявил Дэвид Аушалом, квантовый инженер из Чикагского университета.

Существуя одновременно с традиционным интернетом для общего пользования, квантовый интернет может предложить новые уникальные возможности. Например, ученые смогли бы разрабатывать абсолютно новые лекарственные препараты и материалы, моделируя поведение атомов на сетевых квантовых компьютерах, а финансовые учреждения и правительства смогли бы получить более надежные каналы передачи данных. Многие страны вкладывают в исследование квантовых технологий, и с предложением бюджета на 2021 год администрация Трампа стремится нарастить эти усилия.

Квантовый интернет - это перспективная область, поэтому в США решили увеличить инвестиции в неё. По состоянию на апрель 2020 года в стране имеются прототипы квантовых сетей в Чикаго и Нью-Йорке. В 2020 году ученые провели успешный эксперимент в чикагской сети.

Мы создали запутанные состояния света, — рассказал Аушалом, — и попытались использовать их в качестве транспортного средства, чтобы проверить, как запутанность работает в реальном мире.

Аналогичные эксперименты проводятся и на Восточном побережье США, где исследователи посылают запутанные фотоны по волоконно-оптическим кабелям, соединяющим Брукхейвенскую национальную лабораторию в Нью-Йорке с Университетом штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук на расстоянии около 18 километров.^[11]

Honeywell разрабатывает самый мощный квантовый компьютер

В начале марта 2020 года Honeywell International объявила, что присоединяется к гонке по созданию квантового компьютера. Компания готовится к выпуску самой мощной системы в мире. Подробнее здесь.

Индия выделила $1,12 млрд на развитие квантовых компьютеров

В начале февраля 2020 года правительство Индии утвердило свой бюджет на 2020 год, выделив порядка $1,12 млрд на развитие квантовых компьютеров. Эти средства пойдут на развитие Национальной программы по квантовым технологиям и приложениям. Подробнее здесь.

2019

Квантовые компьютеры начали защищать автомобили от кибератак

В начале января 2020 года канадская компания ISARA, ведущий поставщик квантовых систем кибербезопасности, представила обновлённый автомобиль Karma Revero GT, который, по словам разработчиков, способен отправлять и получать электронные голосовые сообщения, не опасаясь, что информация будет перехвачена и расшифрована — даже с применением квантового компьютера. В ISARA создали коммуникационное решение с использованием квантовой связи. Подробнее здесь.

Кто побеждает в квантовой гонке: лидеры по патентам

Совместное исследование 2019 года Ростелекома, Иннопрактики и ФИПС патентного ландшафта в квантовых технологиях помогает прояснить некоторые моменты.

• Мировым лидером по количеству поданных заявок на квантовые патенты является Intel. Это говорит о продуктивности их исследовательского центра, объяснял "Нецифровой экономике" один из авторов исследования, замдиректора центра стратегических инноваций Ростелекома Павел Красовский.

• Однако уже полученных патентов больше всего у японской Toshiba. Она же — одна из главных компаний в сфере квантового шифрования.

• Самые цитируемые патенты в других заявках — у канадской D-Wave и американской военно-промышленной компании Northropp Grumman. У этих компаний самая большая «сила патентов», объясняет Красовский, то есть они изобрели технологии, которые имеют большое значение для исследователей.

• Google и Alibaba Group — мировые лидеры по количеству стран, где запатентованы их квантовые технологии (по 12 стран у каждого). На третьем месте швейцарская компания Quantique (11 стран).

Количество стран, по словам Красовского, показывает, насколько компании близки к коммерциализации своих технологий. Подача патентных заявок — очень затратная процедура, и компании начинают тратить на это деньги только если видят коммерческие перспективы на том или ином рынке.

Интересная ситация сейчас с китайскими компаниями. По словам Красовского, китайские патенты обычно считаются «мусорными», так как у китайских исследовательских центров KPI жестко привязаны к количеству патентов на уровне госполитики. Поэтому они много патентуют внутри страны, но если они пытаются запатентовать ту же технологию за рубежом, то как правило получают отказ из-за отсутствия новизны.

Однако, ряд китайских компаний, таких как Ruban Quantum Technology, недавно начали активно подавать заявки. Пока патентов у них нет, так этот процесс занимает не менее полугода, но если провести такое же исследование через год, то есть вероятность, что Ruban Quantum Technology окажется в числе лидеров.

Позиции России

Россия занимает 9 место в мире по количеству патентов в сфере квантовых технологий, следует из совместного исследования Ростелекома, Иннопрактики и ФИПС. В первую пятерку входят США, Китай, Япония Корея и Германия.

• Больше всего патентных семейств в России у Российской академии наук (включая Курчатовский институт) – 6 семейств. На втором месте — Фонд перспективных исследований, у него три патентных семейства, связанных с квантовыми технологиями. По два патентных семейства у НИК «Каскад», и «Лаборатории оптико-волоконных приборов». У остальных шести организаций по одному семейству. Среди них - Российский квантовый центр, ИнфоТеКС, Фотонные нано-мета технологии, а также два Нижегородских университета и один Иркутский.

• Авторы исследования также отмечают большое количество заявок на патенты в России со стороны зарубежных компаний. Например, британской Element Six Technologies, Fisk Software и University of Cophengagen.

• Активнее всего российские компании занимались патентованием в области квантовых технологий в 2012-2015 годах. Авторы отчета связывают этот всплеск с увеличением финансирования.

• Если брать международную патентную классификацию, то чаще всего в России квантовые технологии патентуют в области устройств для секретной или скрытой связи, автоматического управления частотой или фазой и синхронизации, квантовой связи и в устройствах или способах обработки данных.

Google создала самый мощный квантовый компьютер в мире

В середине сентября 2019 года компания Google объявила, что смогла создать самый мощный в мире квантовый компьютер. Информация об устройства была опубликовала в докладе NASA, который впоследствии был удалён с сайта организации. Подробнее здесь.

Германия инвестирует 650 млн евро в квантовые вычисления

В середине сентября 2019 года стало известно о том, что правительство Германии инвестирует 650 млн евро в течение следующих двух лет, чтобы поддержать переход квантовых технологий из фундаментальных исследований в готовые к применению приложения. Подробнее здесь.

20 лет развития квантовых вычислений. Инфографика

На август 2019 г ожидается, что Rigetti, стартап по квантовым вычислениям, выпустит 128-кубитовую систему в 2019 году. Это может стать важным достижением на квантовой арене.

Принципиальное различие между современными компьютерами и вычислительными системами, с которыми мы взаимодействуем, заключается в огромной скорости и способе обработки информации на сервере. Создание подобных машин угрожает современным стандартам шифрования данных.

Банк впервые начал использовать квантовые вычисления для защиты от кибератак

В конце июня 2019 года стало известно о том, что ABN Amro первым среди банков начал использовать квантовые вычисления для борьбы с кибератаками. Для этого голландская компания начала сотрудничество с научно-исследовательским институтом QuTech, который создан Делфтским техническим университетом совместно с Голландской организацией прикладных научных исследований (Netherlands Organisation for Applied Scientific Research). Подробнее здесь.

Запуск в Британии первой в мире коммерческой квантовой сети

В конце марта 2019 года в Британии была запущена первая в мире коммерческая квантовая сеть. Безопасная сеть будет применять квантовое распределение ключей (QKD): для защиты шифрованных сообщений используются принципы квантовой механики, а не сложные математические расчеты. Подробнее здесь.

2018

Ford будет использовать квантовый компьютер NASA для решения транспортных проблем

5 декабря 2018 года Ford в рамках очередного проекта разработает для грузовых дизельных машин комплексные карты маршрутов, которые помогут поддерживать нормальную работу сажевых фильтров. В 2019 году компания получит доступ к Лаборатории NASA по изучению квантового искусственного интеллекта Quantum Artificial Intelligence Lab в Исследовательском центре Эймса (Ames Research Center) в Кремниевой долине.

Специалисты Ford вместе с представителями NASA будут работать с компьютером, функционирующим по принципу квантовой релаксации (квантового отжига), который поможет решить сложнейшие задачи. Возможности квантовых вычислений будут применены для разработки решений в сфере управления большими автомобильными парками. Подробнее здесь.

Квантовый компьютер Microsoft

В марте 2018 года стало известно о том, исследователи голландского центра Microsoft, расположенного в Техническом университете в Делфте (Delft University of Technology), работают над созданием квантового компьютера с гораздо более низкой частотой ошибок, чем в проектах, которые тестируются конкурирующими компаниями, такими как IBM и Google. 

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, в Microsoft получили достоверные свидетельства создания майорановских фермионов — элементарной частицы, являющейся собственной античастицей — в проволоке, состоящей из полупроводниковых и сверхпроводящих материалов. Уникальные свойства этих фермионов означают, что они могут быть использованы для создания квантовых компьютеров. 

«Квантовый холодильник» Microsoft сохраняет кубиты при сверхнизкой температуре, необходимой для компьютерных вычислений

Именно их пытаются получить в голландском подразделении Microsoft в Делфте, где работают несколько холодильных установок стоимостью более $500 тыс. каждая. Они охлаждают специальные контуры до сверхнизких температур, при которых появляется возможность получить майорановские фермионы. Рядом с несколькими холодильниками висят гигантские 68-фунтовые магнитные кольца, которые команда Microsoft использует, чтобы снизить частоту ошибок в вычислениях. Магниты, впрочем, как признает физик Лео Коувенховен, являются обоюдоострым мечом, так как их большой размер и вес затрудняют эксперименты.

По словам Коувенховена, Microsoft полагает, что вычисления его квантового компьютера — если его удастся создать — будут в 1000 и 10 000 раз точнее, чем у существующих моделей. В том же помещении рядом с холодильниками работают молодые исследователи, анализирующие красочные графики, однако пока что признаков появления фермионов не отмечается. Точные измерения в плотном магнитном поле получить сложнее, и хотя теория на стороне исследователей, у них может просто не хватить времени на создание квантового компьютера мечты. Цель группы Коувенховена — получить стабильные майорановские фермионы к концу 2018 года.

Другие тестируемые версии квантовых компьютеров совершают слишком много ошибок в расчетах, чтобы использоваться на практике, например, для создания новых химических катализаторов или взламывания шифровальных кодов, на что изначально надеялись создатели. Поэтому несмотря на высокие затраты Microsoft пытается получить фермионы для создания кубитов — квантового разряда или наименьшего элемента для хранения информации в квантовом компьютере. 

До сих пор Microsoft уступала конкурентам: у Google и IBM уже есть машины, которые, как считается, близки к достижению «квантового превосходства» — способности решать задачи, слишком сложные для стандартных компьютеров, — тогда как Microsoft еще даже не получила рабочий кубит. Однако кубиты на основе майорановских фермионов могут стать основой для потенциально более эффективного квантового компьютера. Поэтому Microsoft собрала группу ученых, которые принялись за работу в лабораториях в США, Нидерландах, Дании и Австралии. Ответственным за проект был назначен один из самых опытных руководителей Microsoft, Тодд Хольдхэл, который ранее работал над игровыми консолями Xbox и игровыми очками дополненной реальности HoloLens. 

Генеральный директор Microsoft Сатья Наделла пояснил, что квантовые разработки наряду с искусственным интеллектом и дополненной реальностью будут иметь решающее значение для будущего компании, а в ноябре 2017 года Хольдхэл заявил в интервью Bloomberg, что Microsoft выведет на рынок собственный квантовый компьютер в течение следующих пяти лет.^[12]

2017

Intel Квантовый 17-кубитный процессор

В октябре 2017 года было объявлено о поставке экспериментального 17-кубитного процессора Intel, созданного на базе технологий сверхпроводимости, в нидерландский исследовательский центр QuTech, занимающийся совместно с Intel исследованиями в области квантовой физики. Процессор, изготовленный на производственных мощностях Intel, отличается уникальной структурой кристалла, позволяющей повысить выход годных кристаллов на пластине и добиться существенного прироста производительности.

Между землей и самолетом впервые наладили квантовую связь

Физики из Университета Уотерлу (Канада) впервые реализовали квантовый канал связи для распределения секретных ключей шифрования между летящим самолетом в качестве получателя и наземной станцией в качестве отправителя. В рамках эксперимента ученым удалось в 6 попытках из 14 сгенерировать секретный ключ. В будущем система может найти применение для квантовой связи между самолетами и спутниками. Исследование опубликовано^[13] в журнале Quantum Science and Technology, кратко о нем сообщает^[14] Physics World^[15].

Существующие системы криптографии основаны на существовании секретного ключа, с помощью которого происходит шифрование информации. Без знания этого ключа расшифровка по сути невозможна. К примеру, в методе шифровальных блокнотов и получатель и отправитель хранят у себя абсолютно идентичные наборы случайных данных, которые суммируются с текстом сообщения. Без блокнота перебор всех возможных ключей даст все возможные сообщения данной длины.

Однако ключ необходимо каким-либо образом передать между участниками связи. Перехват ключа на этом этапе позволит злоумышленнику полностью расшифровать всю переписку. Чтобы такой перехват был невозможен на уровне законов физики, ученые разработан алгоритм квантового распределения ключа. Он основан на передаче одиночных фотонов, приготовленных в случайном состоянии («ноль» или «единица») и в случайном базисе (в вертикальной/горизонтальной или диагональной поляризации). При попытке злоумышленника измерить поляризацию фотона, произойдет изменение состояния последнего. Это удастся легко отследить отправителю и получателю и отбросить скомпроментированный ключ.

Для реализации подобных протоколов связи необходимо наладить квантовую коммуникацию между отправителем и получателем. В случае городских сетей, это можно сделать с помощью оптоволоконных линий. Также распределение ключа между неподвижными объектами можно организовать «по воздуху», с помощью лазера и детектора. Эти подходы уже были реализованы — предельные расстояния составляют около нескольких сотен километров в обоих случаях. Технику ограничивают потери в оптоволокне и рассеяние на турбулентных потоках в воздухе.

Авторы новой работы продемонстрировали принципиальную возможность квантового распределения ключа между летящим самолетом и наземной станцией. Для приема и передачи сигнальных фотонов физики использовали пару моторизированных телескопов. Приемник был установлен на самолете «Твин оттер», облетавшем наземную станцию по дуге или по прямой линии на высоте 1,6 километра. Номинальные расстояния между источником и приемником колебались от 3 до 10 километров. В установке были предприняты методы защиты от простейших атак, в том числе, «Троянских коней».

Всего самолет выполнил 14 полетов рядом с наземной станцией со скоростью около 200-250 километров в час. Ровно в половине случаев исследователям удалось установить квантовый канал связи и в шести из них — сгенерировать секретный ключ. Время квантовой связи колебалось от 30 секунд до четырех с половиной минут, максимальный размер секретного ключа составил 867 килобит.

На подготовку эксперимента у ученых ушло почти восемь лет. Ранее похожий эксперимент был поставлен в Германии, однако на самолете находился источник фотонов, а не приемник. По словам физиков, именно в новой постановке эксперимента ключ можно будет успешно генерировать для связи между спутником и самолетом. Преимущество использования спутника в отсутствии естественных помех между отправителем и получателем, например, гораздо более разреженная среда.

Microsoft работает над созданием квантового компьютера

Microsoft объявила в июне 2017 года о проведении разработок в области создания квантового компьютера. Подобные машины способны перевернуть всю индустрию, так как позволят обрабатывать за секунды объемы данных, на анализ которых сейчас ушли бы годы. Технология, использующаяся в них, основана на кубитах (квантовых битах), которые могут одновременно находиться в двух состояниях – 0 и 1, в то время как обычные биты находятся только в одном из них. В будущем эта технология повлияет на такие области как криптография и сверхзащищенная связь, а также моделирование климата и поиск темной материи^[16].

Проект по созданию квантового компьютера Microsoft возглавляет Тодд Холмдал (Todd Holmdahl), ранее входивший в число руководителей команд разработчиков Kinect, HoloLens и Xbox. Сейчас он говорит о квантовых вычислениях, как о новом направлении в бизнесе, а не теоретических или исследовательских проектах. И он уверен, что именно Microsoft станет пионером в этой области, внедрив квантовые технологии в свои облачные платформы.

Команда под руководством Тодда Холмдала, входящая в состав недавно созданной Microsoft AI и Research Group, будет работать как над аппаратной так и программной частями квантового компьютера. «Подобно классическим высокопроизводительным вычислениям, нам нужно не только оборудование, но и оптимизированное программное обеспечение», - комментирует Матиас Тройер (Matthias Troyer), профессор вычислительной физики Швейцарской высшей технической школы Цюриха, специально приглашенный для участия в проекте исследовательской группы Microsoft.

В Microsoft уверены, что знания, накопленные Microsoft Research достигли того уровня, который позволит создать настоящий прорыв в создании квантового компьютера. На вопрос о том, когда Microsoft сможет построить свой первый топологический кубит, Холмдал, которому сейчас 52 года, не дает точного ответа. Однако отметил, что скоро он уходит на пенсию и событие произойдет до этого момента.

2016

Исследовательский проект Microsoft

В ноябре 2016 года стало известно о том, что Microsoft разрабатывает квантовый компьютер. Для этого компания сформировала отдельный исследовательский проект, который возглавил ветеран Microsoft Тодд Холмдал (Todd Holmdahl), входивший в число руководителей команд разработчиков Kinect, HoloLens, и Xbox.

Квантовые вычисления предполагают, что использующие их компьютерные системы могут находиться в двух состояниях одновременно. Если традиционные ПК записывают биты информации последовательно (в состояниях нуль или единица), то квантовые могут выполнять несколько вычислений параллельно, кодируя два значения сразу.

Тодд Холмдал — глава проекта Microsoft по разработке квантового компьютера

Microsoft намерена создать "топологический" квантовый компьютер с двухмерными частицами, называемыми энионами, образующими трехмерные переплетения с двумя пространственными измерениями энионов и временем. Компания планирует использовать такие системы в проектах искусственного интеллекта, клинических исследованиях, моделировании климатических условий и др.

Помимо Тодда Холмдала, в команду исследователей квантовых вычислений Microsoft также вошли известные специалисты в этой области — профессоры Лео Кувенховен (Leo Kouwenhoven) из Дельфтского технологического университета, Чарльз Маркус (Charles Marcus) из Университета Копенгагена, Дэвид Рейлли (David Reilly) из Университета Сиднея и Маттиас Тройер (Matthias Troyer) из Швейцарского федерального технологического института.

Концепцией квантовых вычислений Microsoft заинтересовалась еще в 2005 году, создав тогда исследовательскую лабораторию Station Q под руководством математика Майкла Фридмана (Michael Freedman). В 2015 году Microsoft представила симулятор LIQUi|> (Language-Integrated Quantum Operations), позволяющий любому человеку изучать возможности квантовых вычислений. ^[17]

Китай построит новую квантовую коммуникационную линию

Китай планирует к концу 2017 года построить новую квантовую коммуникационную линию длиной более 300 километров, пишет газета China Daily со ссылкой на китайскую аэрокосмическую компанию (CASIC).

Строительство линии, которая соединит между собой город Ухань и Хэфэй, начнется в ближайшее время. Как отметил представитель CASIC У Сяофэн, линия будет использоваться правительственными структурами, а затем станет доступна местному бизнесу. Объем инвестиций оценивается в 29 миллионов долларов. Позднее эта линия будет соединена с линией между Пекином и Шанхаем, открытие которой запланировано на конец 2016 года.

В Китае в ноябре 2016 года открылась самая протяженная в мире квантовая коммуникационная линия, ее длина составляет 712 километров. Она соединяет между собой город Хэфэй в провинции Аньхой и Шанхай. Она является частью проекта квантовой коммуникационной линии протяженностью в 2 тысячи километров, создание которой началось в 2013 году. На линии расположены 11 наземных станций.

Китай начал разработку спутника квантовой связи в 2011 году. В середине августа был успешно осуществлен запуск первого в мире спутника квантовой связи «Мо-цзы» (Micius).

Как заявил ранее академик Китайской академии наук Пань Цзяньвэй, все системы спутника работают исправно. Отмечалось, что «Мо-цзы» после трехмесячного тестирования на орбите, будет сдан в эксплуатацию во второй половине ноября. До этого Пань Цзяньвэй также заявил, что Китай может к 2030 году создать глобальную сеть квантовой связи.

С начала XX века ученые разрабатывают методики шифрования и безопасной передачи информации. Они обладают двумя ключевыми недостатками — их можно взломать при приложении достаточных вычислительных мощностей (к примеру, квантового компьютера), или же информацию можно извлечь, «подслушав» её передачу по каналу данных.

Так называемые квантовые сети решают обе эти проблемы за счет того, что фундаментальное положение квантовой физики — принцип неопределенности Гейзенберга — не позволяет «третьему лишнему» считывать информацию с канала данных и подбирать к ней ключ.

2015: Google заявила о вероятности создания квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры никогда не выиграют у современных классических компьютеров, если не обретут способность самостоятельной коррекции ошибок, разрушающих "хрупкие" квантовые состояния их квантовых битов, кубитов. Группа компаний Google, ведущая исследования в области квантовых вычислений, продемонстрировала первую в мире систему, способную самостоятельно производить коррекцию возникающих ошибок - шаг, приближающий область квантовых вычислений к ее практической реализации^[18].

Процессор квантового компьютера D-Wave, 2014

Помянутое достижение стало возможным в результате перехода в компанию Google группы ученых из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре , осенью 2014 года. В свое время она разработала и изготовила систему квантовых сверхпроводящих схем, работающих с уровнем точности и надежности, достаточным для реализации технологии устранения ошибок.

"Это первый случай в истории информационных технологий, когда "естественные" ошибки, возникающие в результате воздействия на кубиты различных факторов окружающей среды, могут быть исправлены, - поведал Рэми Барендс (Rami Barends), инженер компании Rami Barends. - Мы создали первое квантовое устройство, способное самостоятельно исправить возникающие при его работе ошибки".

Интересующимся сферой квантовых вычислений хорошо известно - основная проблема, с которой сталкиваются создатели квантовых вычислительных систем - необходимость сохранения квантового состояния кубитов в течение длительного времени. Хрупкое квантовое состояние может нарушаться вмешательством любого, из достаточно большого набора внешних факторов, от которых отгородиться полностью не получается принципиально. Решением этой проблемы является квантовый код коррекции ошибок, основа которого - классический метод устранения ошибок, достаточно широко используемый в современной вычислительной технике.

Но главная проблема, с которой пришлось столкнуться исследователям, в том, что разработанный код коррекции не имеет возможностей обнаружения возникшей ошибки прямым способом, не нарушая квантовое состояние кубитов.

Исследователи обошли эту проблему, используя явление квантовой запутанности, при помощи которого один кубит может делиться информацией с другими кубитами посредством "призрачной" квантовой связи. Корректирующий код, включенный в состав квантовой системы, измеряет значение квантового состояния кубита, запутанного с несколькими соседними кубитами, что помогает удержать его исходное состояние неизменным.

Созданный код коррекции ошибок работает за счет использования определенного пространственного расположения кубитов, которое чем-то напоминает шахматную доску. В белых квадратах этой доски располагаются информационные кубиты, задействованные в выполнении квантовых вычислительных операций, а в черных квадратах находятся "измерительные" кубиты, используемые для коррекции ошибок, возникающих в прилежащих информационных кубитах.

Для демонстрации технологии исследователи изготовили простое устройство, состоящее из девяти кубитов, упорядоченных в виде матрицы 3 на 3 элемента. И работа этой системы, точнее, работа корректирующего кода была проверена при помощи 90 тысяч специализированных вычислительных операций, что позволило собрать необходимое количество статистических данных.

"Это послужило доказательством тому, что потраченные на теоретические исследования годы не прошли впустую и практическая реализация технологий коррекции ошибок возможна" - отметил Джулиан Келли (Julian Kelly), инженер компании Google.

Еще одно достижение: исследователи продемонстрировали, что показатели успешного устранения ошибок в квантовой системе увеличились с увеличением количества кубитов. К примеру, уровень ошибок при работе системы с пятью кубитами был в 2,7 раз меньше уровня ошибок в системе с единственным кубитом. А разница в этих уровнях между системами с одним и девятью кубитами составила чуть более 8,5 раз.

"Это захватывающая новость для сферы квантовых вычислений. Все указывает на то, что системы с большим количеством квантовых битов могут быть стабильны и не рухнут под напором лавины возникающих ошибок, - подчеркнул Джулиан Келли. - И это, в свою очередь, означает, что квантовые компьютеры, оперирующие большим количеством кубитов, все же могут быть созданы".

2013: Lockheed Martin использует канадскую квантовую систему D-Wave

На июль 2013 года даже современные, пока еще не очень совершенные, квантовые вычислительные системы пользуются огромным интересом ведущих мировых кампаний. Так, канадскую квантовую вычислительную машину D-Wave использует оборонная компания Lockheed Martin, а в начале 2013 года D-Wave усилил вычислительные мощности Google. D-Wave не является универсальным квантовым компьютером, хотя и может быть использован в качестве основы для его разработки. D-Wave - это 512-кубитная вычислительная машина на сверхпроводящих кольцах предназначенная для решения так называемых задач комбинаторной оптимизации, например анализа генома, вариантов сворачивания белков и т.п. Google будет использовать D-Wave для проектирования систем искусственного интеллекта, способного к самообучению.

Смотрите также

• Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики
• Квантовая криптография
• Постквантовая криптография
• Российский квантовый центр (РКЦ, Russian Quantum Center, RQC)
• Суперкомпьютер
• Фотонная интегральная схема (ФИС)

Примечания