Квантовий світ: телепортація, мережі на Дронь і іонні пастки

Незважаючи на пандемію, розробки в області квантових обчислень не припинялися: світові ІТ-гіганти

вкладають величезні кошти в створеннявласних екосистем в цій сфері, країни продовжують створювати центри розробки власних квантових комп'ютерів - наприклад, в Німеччині створена квантова долина, а вчені розробляють нові системи, здатні прискорити виробництво нових ліків або істотно розширити можливості класичних обчислювальних машин.

Дослідження і розробки

Найшвидший генератор випадкових чисел

Випадкові числа є ключовим елементомкриптографії та чисельного моделювання. Команда вчених з Російського квантового центру спільно з колегами з Оксфордського університету, Голдсмітского коледжу і Вільного університету Берліна повідомляє про розробку надшвидкого оптичного пристрою, здатного генерувати гарантовано випадкову послідовність зі швидкістю 8,05 Гб в секунду, що робить його найшвидшим генератором випадкових чисел на сьогоднішній день. Створені раніше прототипи подібних пристроїв мали швидкість на кілька порядків нижче.

Розроблена технологія може лягти в основувиробництва комерційних пристроїв, що мають широку сферу застосування. Так, недавно компанія Samsung представила мобільний телефон з квантовим генератором випадкових чисел, що вказує на затребуваність даної технології на масовому ринку.

Квантова мережу на основі дронів

Заплутані фотони раніше успішно переносилися навідстань понад тисячу кілометрів між супутником і наземними станціями, але тепер команда вчених з Нанкинского університету показала, що захищена мережа може бути встановлена ​​і за допомогою досить недорогого обладнання.

У поставленому експерименті квантова мережа булареалізована за допомогою двох вільно літаючих дронів, що знаходяться в повітрі на відстані 400 метрів один від одного і на відстані 200 метрів від своїх наземних станцій прийому. Всього з урахуванням висоти польотів дронів канал квантової зв'язку по повітрю мав загальну довжину близько кілометра. Наземні станції для пріеема фотонів були озброєні телескопами з 26-міліметрової апертурою і однофотонна приймачами.

Подібне рішення дозволить в будь-якому місці швидкорозгортати захищені оперативні канали зв'язку. Надалі команда планує збільшити розмір мережі з використанням декількох дронів, які зможуть передавати зашифровані повідомлення або дані для квантового комп'ютера на великі відстані.

квантова телепортація

Дослідницька група, що складається зпредставників американських і канадських університетів і компаній під керівництвом Панайотіса Спенцуріса (Національна прискорювальна лабораторія Fermi) продемонструвала стійку передачу квантового стану кубіта на відстань 44 кілометри.

Квантова телепортація необхідна для багатьохквантових інформаційних застосувань, включаючи так званий квантовий інтернет. Під час експерименту Fermilab використовувалися звичайні однофотонні датчики і оптоволоконні телекомунікаційні мережі.

Точність передачі квантового стану вексперименті склала 90%, що вважається гранично високим значенням. У майбутніх експериментах вчені збираються встановити новий рекорд по дальності телепортації і по числу пов'язаних кубітів за рахунок модернізації системи, яка планується до другого кварталу 2021 року. У перспективі це допоможе здійснювати розподілені квантові обчислення за типом кластерних, але без вузького місця у вигляді обмежень пропускної здатності мережі.

решеточная хірургія

Існуючі методи квантової корекції помилок ускладнені тим, що для їх реалізації потрібні сотні або навіть тисячі пов'язаних один з одним фізичних кубітів.

Колектив Університету Інсбрука під керівництвомпрофесора Райнера Блатта вперше повідомив про створення двох одиночних логічних кубітів, захищених від втрати квантової інформації, досягненні їх зчеплення і перенесення між ними логічної інформації. Цього вдалося домогтися в квантовому процесорі на основі іонних пасток, що складається всього з десяти фізичних кубітів, і за допомогою так званої решеточной хірургії. Ця техніка дозволяє об'єднувати логічні кубіти або розділяти їх на частини, проводячи певні логічні операції з частиною фізичних кубітів, які лежать в їх основі.

Використовуваний метод вимагає значно меншекількість операцій для створення зчеплення кубітів, ніж традиційні підходи, а демонстрація таких операцій - фундаментальних будівельних блоків для квантових обчислень - є важливим кроком до практичної реалізації відмовостійких квантових обчислень.

квантова індустрія

молекулярні порівняння

Фармацевтика вкрай зацікавлена ​​в появі нових технологій створення лікарських препаратів, в тому числі за допомогою квантового молекулярного моделювання та скринінгу.

Німецький фармацевтичний гігант BoehringerIngelheim, відомий своїми розробками в області комп'ютерного дизайну ліків і моделювання in silico, об'єднав зусилля з Google в області квантових обчислень.

А швейцарська фармацевтична фірма Rocheрозпочинає співпрацю з британською Cambridge Quantum Computing, в рамках якого методи квантових обчислень будуть використані для пошуку нових методів лікування захворювань.

Раніше повідомлялося, що американськабіотехнологічна компанія Biogen співпрацює зі стартапом 1Qbit в пілотному проекті, спрямованому на прискорення відкриття нових ліків, застосовуючи квантові комп'ютери для молекулярних порівнянь. За допомогою квантового скринінгу великої кількості молекул вона планує знайти нові ефективні ліки від таких нейродегенеративних захворювань, як розсіяний склероз, хвороби Альцгеймера і Паркінсона.

багатофазні потоки

Компанія Aker BP (велика незалежна компанія з розвідки і нафтовидобутку в Європі - «Хайтек») і CQC створили алгоритм квантового машинного навчання для класифікації багатофазних потоків.

Багатофазні потоки в трубопровідний транспортвимагають досить ретельного контролю, відстеження, аналізу та управління. Алгоритм дозволяє провести аналіз потоків за поліноміальний час і реалізований на квантовому процесорі IBM.

Класифікатор, протестований на даних AkerBP, вимагає всього кілька кубітів, щоб відповідати продуктивності класичної машини опорних векторів (SVM) з нелінійними ядрами. Це одне з найперших застосувань рішень квантового машинного навчання епохи NISQ в енергетичному секторі.

Деталі для BMW

Німецький автовиробник почав експеримент по оптимізації системи закупівель і поставок виробничих компонентів за допомогою квантового комп'ютера.

Зазвичай в рамках виробничого циклуавтовиробники розглядають сотні варіантів поставок від різних вендорів з різним часом доставки і вартістю деталей. Вибір оптимальної схеми є найскладнішою обчислювальною задачею. Перші розрахунки BMW планує провести на комп'ютері Honeywell H0, а згодом перейти на більш потужну систему H1. Передбачається, що обчислювальний перевага над класичними обчислювальними системами буде досягнуто вже через півтора-два роки.

У жовтні 2020 року про запуск аналогічного проекту по оптимізації логістичної мережі оголосив інший великий автовиробник - компанія Toyota.

кріостат розчинення

Піонер в створенні криостатов розчинення,компанія Oxford Instruments NanoScience оголосила про партнерство з Oxford Quantum Circuits, яка першою в світі прийме поставку охолоджуючої системи нового покоління Proteox Cryofree®.

Низькі температури необхідні для виявленнятонких квантових ефектів, прихованих шумом теплових коливань, проте ефективне охолодження залишається серйозною проблемою в багатьох реалізаціях квантових систем.

Новий кріостат розчинення від Oxford Instrumentsзабезпечує високу стабільність регулювання температури в діапазоні мк і підтримує велику кількість електричних з'єднань, що полегшує можливості інтеграції квантових процесорів.

Квантові комп'ютери з іонними пастками

Стартап IonQ оголосив про трирічний альянсі зЦентром підтримки досліджень квантової інформації (Q Center) - незалежна організація, створеної в південнокорейському університеті Сунгкюнкван для формування національної дослідницької екосистеми в галузі квантової інформатики.

В рамках співпраці будуть створені квантовікомп'ютери з іонними пастками IonQ доступними для дослідників і студентів Південної Кореї. IonQ вважає високотехнологічний південнокорейський ринок важливим для експансії власних технологій.

Національна квантова програма Південної Кореї стартувала в 2019 році і передбачає створення пятікубітного квантового процесора протягом п'яти років.

Національні квантові програми

1,8 млрд євро для квантової галузі

Франція офіційно заявила про рішенняінвестувати 1,8 млрд євро в квантові технології. Згідно з планом, представленому президентом Франції Еммануелем Макрона, інвестиції розраховані на п'ять років. Французький уряд збільшить фінансування квантової галузі з нинішніх 60 млн євро до 200 млн євро в рік. Ще 200 млн євро надійдуть з Європейського союзу і 550 млн євро очікуються з приватного сектора.

З цих коштів:

  • близько 780 млн євро буде виділено на створення квантового комп'ютера;
  • 250 млн євро виділяється на квантові датчики;
  • 150 млн євро на пост-квантову криптографію;
  • 320 млн євро на квантову зв'язок;
  • 300 млн євро на супутні технології, такі як кріогеніка.

Завдяки такому обсягу інвестицій Франція увійде в число провідних країн, що інвестують в квантові технології, поряд з США, Китаєм, Індією і Німеччиною.

Баварська квантова ініціатива

У Німеччині буде створена Мюнхенська квантовадолина, на функціонування якої Баварія виділить в цілому 300 мільйонів євро. У квантовій долині буде функціонувати технопарк з добре обладнаними чистими приміщеннями, системами виробництва нано- і тонкоплівкових матеріалів, а також дослідно-конструкторськими і випробувальними лабораторіями.

Основними завданнями долини стане створенняквантових комп'ютерів, квантових симуляторів для пошуку нових матеріалів, дослідження в галузі квантової метрології для особливо точних вимірювань електричних або магнітних полів і квантова криптографія.

Зауважимо, що в Німеччині вже діє найбільшав ЄС національна програма розвитку квантових технологій. У липні 2020 року федеральний уряд оголосив про її продовження на наступні 10 років з бюджетом 2 млрд євро на додаток до загальної квантової програмі Євросоюзу.

модульний підхід

При створенні квантових комп'ютерів їх ключовікомпоненти зазвичай розробляються і виробляються однією компанією, що досить затратно і вимагає певного часу. Для прискорення розробки національного квантового комп'ютера кілька стартапів в Нідерландах домовилися використовувати модульний підхід: незалежні компанії зосередяться на розробці певних елементів квантового комп'ютера з тим, щоб в майбутньому інтегрувати їх в єдину систему.

Учасниками нового консорціуму IMPAQT, створеногодля цієї мети, стали стартапи Orange QS - постачальник інтегрованих квантових систем, Qblox - постачальник стека квантового управління, Delft Circuits - розробник квантового обладнання для вакуумного введення-виведення і Qu & Co - розробник квантових алгоритмів і програмного забезпечення.

2021 рік почався для світового квантовогоспільноти максимально активно: зросли державні інвестиції в розробки, збільшилася кількість як індустріальних кейсів, так і міжнародних досліджень. З повною версією дайджесту ви можете ознайомитися на сайті Російського квантового центру.

Читайте також:

Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?

Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять

Ядерний ракетний двигун будують для польотів на Марс. Чим він небезпечний?