Первая компания, которая продала квантовый вычислитель — это D-Wave! Они продали свою первую машину, в которой реализован квантовый отжиг, в 2011 году. Квантовый отжиг позволяет решать интересные задачи оптимизации.

К примеру, на днях мы с коллегами участвовали в Airbus Quantum Computing Challenge, где требовалось использовать какой-нибудь квантовый вычислитель для решения задач аэродинамики или организации работы лётного судна. Мы создали алгоритм, который с помощью квантового отжига, оптимизировал загрузку самолета с учётом аэродинамических характеристик, и запустили его удалённо на машине D-Wave, состоящей из 2000 кубитов. Такое число кубитов кажется огромным, но нужно понимать, что квантовый отжиг не является универсальным квантовым алгоритмом — он способен решать очень узкий класс задач, однако, довольно успешно. Во всяком случае наш алгоритм заработал :)
Более того, D-Wave обещают машину из 5000 кубитов и с большей связностью, что позволит решать более сложные и интересные задачи. Ждем.

Доброе субботнее утро!
Игра престолов, Мир дикого запада, Кремниевая долина — сериалы на HBO, которые смотрели и смотрят миллионы человек. А знаете что вышло на днях на Vice HBO? Это стоит посмотреть.

Эта тема становится все популярнее и популярнее на телевидение. Думаю, скоро уже снимут полноценный сериал — фильмы же снимают.

Квантовый компьютер — что это?

Дошли руки написать краткий гайд по квантовым вычислениям, где вы узнаете
Как работают квантовые компьютеры?
Какие задачи они могут решать?
Из чего они сделаны?
Кто участвует в создании полноценных квантовых машин?

Время прочтения: 7 минут.

#новости
Прямо сейчас Volkswagen запускает в Лиссабоне первый в мире проект по оптимизации дорожного трафика в реальном времени с использованием квантового вычислителя.

Система Volkswagen, используя квантовую машину D-Wave, вычисляет самый быстрый маршрут для каждого из автобусов. Таким образом, время в пути пассажиров будет значительно сокращено даже в часы пик. Копания тестирует свою систему прямо сейчас во время технологической конференции Web-Summit, которая проходит в Лиссабоне с 4 по 8 ноября – во время конференции автобусы перевозят тысячи пассажиров по Лиссабону, который славится своими пробками. По окончанию конференции будет интересно посмотреть на результат.

Microsoft запустил платформу Azure Quantum.

Azure Quantum — это открытая облачная экосистема, созданная Microsoft вместе с партнерами: 1Qbit (это вообще отличные ребята), Honeywell, IonQ и Quantum Circuits Inc. Эта платформа объединят множество квантовых решений для бизнеса, как в софте так и в железе, более того она позволяет клиентам обьединить классические программы с квантовыми. Последние, в свою очередь, реализованы на квантовых устройствах партнеров и даже на собственных компьютерах Microsoft. А это, на минуточку, топологически защищённые (!) кубиты — следующий шаг эволюции квантовых вычислений, над которым работают в Microsoft. За применение идей топологии в физике дали Нобелевскую премию в 2016 году.

Такие кубиты топологически защищены от внешней среды, что, потенциально, делает их время жизни невероятно большим. Простым языком, создаются определённые условия, при которых для того, чтобы разрушить состояние кубита, необходимо затратить очень много энергии, и из-за того, что системе не выгодно этого делать (а произвольный распад маловероятен), состояние живет долго. Microsoft пока не показывал свои устройства в действии, но, кажется, планирует в ближайшее время на Azure Quantum.

К сожалению, сейчас не получается часто писать из-за недостатка времени. Но обещаю, что скоро напишу сюда о том, что, собственно, и съедает всё моё время: создание квантовых сенсоров — дело непростое.
А пока вот вам приятный ролик от IBM о том, что такое квантовые вычисления.

Время просмотра: 4 минуты.

Компьютеры прошли большой путь, который начался с огромных машин, с трудом умеющих выполнять простейшие арифметические операции, до огромных вычислительных центров, обрабатывающих петабайты данных.

Зная их историю, особенно интересно наблюдать за тем, как развивается младший, но более талантливый, брат классического компьютера — квантовый компьютер. В чем-то он такой же, а в чем-то другой. В любом случае, квантовому компьютеру полезно посмотреть, как решал в своё время проблемы старший брат: что у него получалось, что нет, а что можно и улучшить.

Один из таких вопросов — это параллельные вычисления. Давайте попробуем понять, зачем и без того мощному квантовому компьютеру нужно распараллеливание?

Время прочтения: 2 минуты.

Машинное обучение находит применение практически везде — вот и до квантовых вычислений добралось.

Большое сообщество Qiskit, библиотеки для квантовых вычислений разработанной IBM, каждый год проводит очень классные хакатоны, где студенты и ученые со всего мира пытаются решать задачи, полезные для будущего квантового компьютера. Победители этого года, группа студентов, придумали, как можно использовать библиотеку машинного обучения PyTorch от Facebook для того, чтобы оптимизировать квантовые схемы. На сегодняшний день — это одна из самых больших загадок в квантовой информатике: как сделать эффективную схему, состоящую из операций над одним кубитом и над парой кубитов для известного заранее алгоритма таким образом, чтобы количество операций было минимальным. Какие-то результаты ребята показали, а теперь продолжат свою работу над этим проектом в IBM. Вот занимательное интервью, которое они дали после победы.

Это далеко не единственный пример соединения машинного обучения и квантовых вычислений. Здесь нейросети помогали квантовому компьютеру, но, на мой взгляд, куда интересней обратный подход. Из-за своих особенностей квантовый компьютер может производить экспоненциальное сжатие данных, что потенциально даёт сумасшедшие ускорения для многих алгоритмов машинного обучения. Ну а словосочетание «квантовый искусственный интеллект» — это магнит для грантов :)

Коротко о физике

Доброе утро!
Закон Мура гласит, что количество транзисторов на интегральных схемах компьютеров (проще говоря мощность) удваивается каждые 2 года. Это было верно последние 50 лет, однако сейчас, когда размеры транзисторов приблизились к размерам атомов, наращивать мощность так быстро уже не получится. Поэтому необходимы новые вычислительные устройства — например, квантовые компьютеры.

Квантовые компьютеры на сегодняшний день не имеют ограничения на количество кубитов, более того, рост их мощности тоже поддаётся закону, похожему на закон Мура. Предложенный IBM термин «Квантовый объём» является эквивалентом количества транзисторов на чипе для квантовых компьютеров.

Интересно сравнить график, который представил Гордон Мур в 1965 году, когда пытался предсказать мощность классических компьютеров (к слову говоря, успешно), и график, который представил IBM в 2019 году для своих квантовых процессоров, предсказывая их будущее развитие. Я бы сказал, что мы сейчас находимся в 60-ых годах прошлого века для квантовых компьютеров, у которых впереди ещё много интересного.

Министерство обороны США (DARPA) выделило грант для канадской компании Xanadu на изучение алгоритмов квантового машинного обучения. Xanadu уже разработала платформу PennyLane, чтобы на ней объединить гугловский TensorFlow и фейсбуковский PyTorch (библиотеки для искусственного интеллекта) с собственным оптическим квантовым компьютером и компьютерами IBM, Rigetti и Microsoft.

Цель этой программы заключается в том, чтобы в течение 12 месяцев исследователи изучали как далеко может зайти квантовое машинное обучение на современных квантовых машинах.

Многие задачи машинного обучения сводятся к простой линейной алгебре, требующей, однако, большой вычислительной мощности. Например, решение системы линейных уравнений, то, что каждый наверняка делал в школе, помогает в задачах предсказания. Проблема в том, что если уравнений в системе очень много, то классический компьютер не справляется и, зачастую, используются приближенные методы. Квантовый алгоритм Ллойда, разработанный в 2009 году учёными из MIT, позволяет решать эту задачу экспоненциально (то есть на много) быстрее. Для его применения нужен, может и не универсальный, но очень хороший квантовый компьютер.

Размер гранта не разглашается, но, думаю, не маленький. Так что ждём от Xanadu интересных новостей в ближайший год.

Доброе утро!
Квантовые технологии построены на законах не только квантовой, но и классической физики. Это то, что я люблю в них, — интересные физические задачи из, казалось бы, совершенно разных областей. В этом видео ученый из D-Wave рисует карту современной физики, рассказывая, что уже известно, а что ещё только предстоит узнать.

Amazon включился в квантовую гонку

Недавно Amazon рассказал несколько новостей, которые связаны с новым будущим сервисом Amazon Bracket. На основе Amazon Web Service, компания даст доступ к квантовым компьютерам D-Wave и новому компьютеру Rigetti из 32 кубитов (пока рекорд для компьютеров с открытым доступом), а так же к компьютерам компании IonQ.

Недавно я писал о том, что IonQ уже участвует в сервисах Microsoft, но, кажется, они не планируют оттуда уходить, а собираются предоставлять свои ресурсы и тем и другим. Интересно, что текущий СЕО IonQ ещё год назад был Engineering Director в Amazon Prime, то есть человек не чужой. А вот у D-Wave и Rigetti уже есть свои облачные сервисы, однако, они планируют расширить клиентскую базу с помощью такого гиганта как Amazon.

Ещё одна новость: в Калтехе откроется лаборатория Amazon Quantum Solutions Lab, которая будет изучать приложения современных квантовых технологий. Думаю, Калтех — подходящее место для теоретической лаборатории.

Факт того, что Amazon включается в гонку, должен ускорить прогресс квантовых технологий, ведь ресурсы у Amazon просто запредельные. Будет интересно попользоваться их сервисом.

Google не теряет времени и уже пытается посчитать что-то полезное на своём огромном процессоре, на котором они показали «Квантовое превосходство».

Появился инсайд, что они посчитали самую длинную цепочку атомов водорода, которая когда-либо была посчитана. И вообще они говорят о моделировании рекордно большой химической системы, которую раньше невозможно было рассчитать.

Я уже писал о том, как квантовый компьютер взломает классическую криптографию, но оценки сколько нам ещё предстоит ждать были не самые свежие.

В октябре этого года Global Risk Institute опросил 22 лидера научных групп в академической и корпоративной среде. И вот что получилось.

23 декабря в Москву (на самом деле на Физтех в Долгопрудный) приезжает наш человек, который участвовал в эксперименте по достижению квантового превосходства — Вадим Смелянский.

Вадим прочитает лекцию о своей работе в Google, и о том, как им удалось построить такой большой квантовый процессор с таким низким уровнем ошибок. Советую сходить! Когда ещё послушаешь квантового физика из Google?

При отсутствии пропуска в МФТИ нужно отправить своё ФИО на почту pokrovskaya@phystech.edu и не забыть взять с собой паспорт на лекцию.

Совсем недавно прошла третья ежегодная конференция Q2B 2019 в Сан-Хосе, Калифорния. В этом году конференция собрала около 540 участников, представляющих различные квантовые аппаратные/программные технологические компании, университеты, правительственные учреждения и венчурные компании. Это число вдвое превышает посещаемость первой конференции Q2B в 2017 году.

Один из самых интересных докладов был, конечно же, от Google. Джон Мартиниc, глава квантовой группы Google, представил ранее опубликованные результаты эксперимента по квантовому превосходству и упомянул, что они уже изготовили улучшенную версию чипа Sycamore и в настоящее время тестируют его. Хоть он и не раскрыл полные характеристики чипа, но сказал, что количество кубитов было увеличено с 53 до 57. Кроме того, это новое устройство должно иметь еще более высокую производительность из-за улучшенной точности считывания конечного состояния.

Я сам занимался этим вопросом около года назад и могу сказать, что считыватель у Google был далеко не самый лучший. Это исправление должно сильно помочь компании в создании ещё более мощного процессора.

На конференции было много чего интересного, но об этом я расскажу чуть позже.

Всех с наступающими праздниками!