Доброе утро!
Появилась запись лекции Вадима Смелянского из группы Google о достижении квантового превосходства, которую он прочитал в конце декабря в МФТИ. Лекция получилась довольно специфическая, в том плане, что Вадим рассказал очень подробно о нескольких важных и интересных вещах. Для более полной картины, возможно, будет полезно посмотреть лекцию Джона Мартиниса, главы группы Google, которую он давал в Caltech — лекция прошла на английском языке.

Quantum Computing Inc. запустили первый программный продукт.

Компания Quantum Computing Inc., в управлении которой работают люди из DWave, разработала Quantum Asset Allocator — систему для оптимизации финансовых портфелей компаний или физических лиц. CEO говорит о так называемых “quantum-inspired” технологиях, то есть вполне возможно, что это новые классические алгоритмы, созданные по образу и подобию квантовых. Такое случалось уже не один раз, и новые классические алгоритмы действительно были лучше всех своих предшественников.

Компания утверждает, что они уже испытали систему, получили впечатляющие результаты и ждут первых клиентов. Нам остаётся только ждать вердикта этих первых клиентов — тогда мы сможем судить о плодах работы Quantum Computing Inc.

К слову о «quantum-inspired» технологиях: исследователи из Toshiba объявили о создании алгоритма, который способ решать оптимизационные задачи намного быстрее других существующих методов. Они утверждают что их подход отлично масштабируется и может быть запущен на кластерах или FPGA — это делает алгоритм серьёзным конкурентом для квантовых компьютеров.

Интересно, что подход Toshiba очень похож на квантовые алгоритмы и использует те же методы оптимизации, но на классическом hardware. Так что, пока одни пытаются сделать универсальный квантовый компьютер в лабораториях, думают как исправить ошибки в 0.1% и сделать их порядка 0.00000001%, другие думают о классических эффективных алгоритмах и перенимают квантовый подход к решению задач.

"Quantum computing has a long way to go"

Компания 1QBit представила своего рода маленький отчёт всей индустрии квантовых технологий, а также рассказал о планах на 2020 год. На это стоит взглянуть.

Всегда считал N+1 классным проектом, поэтому было вдвойне приятно что-то для них написать.

Продолжаем писать для N+1.

Вот это поворот.
Индия почти догнала США по финансированию квантовых технологий.

Ну, скоро в Америке выборы, может быть что-то поменяется.

В конце прошлого года российские власти объявили о довольно большом гранте для физиков, изучающих квантовые вычисления. В следующие 5 лет выделят 50 млрд. рублей — это должно помочь России догнать Американские и Европейские компании и исследовательские центры, потому что сейчас, мы отстаём на 5-10 лет. В то время, как Google и IBM создают 50+ кубитные системы, российские ученые не так давно научились хорошо управлять двухкубитной системой.

Для создания квантового интернета ученым предстоит научиться передавать квантовые запутанные состояния на большие расстояния. Физикам из Китая удалось запутать два узла квантовой памяти через оптоволокно длиной 50 километров — ранее ученым не удавалось построить запутанное состояние такого масштаба. Для создания квантовых корреляций между узлами, каждый из которых содержал 100 миллионов охлажденных атомов, ученые использовали фотоны на телекоммуникационных частотах. Этот эксперимент открывает дорогу к созданию крупномасштабных квантовых сетей, что может помочь развитию квантовых коммуникаций.

Эта же группа в 2017 году продемонстрировала квантовое распределение ключа через спутник между Китаем и Австрией. Руководит этой группой Jian-Wei Pan — человек с индексом Хирша 88, который сделал Китай лидером в квантовых коммуникациях. На родине его называют “father of quantum”, когда-нибудь дойдут руки написать про Пана и его исследования.

Интересная статья о квантовой нейросети недавно вышла в Nature Communications.

Думаю, что симбиоз машинного обучения и квантовых вычислений скоро выстрелит, потому что машинке не хватает вычислительной мощности, а квантовым компьютерам маленьких ошибок и оптимизации вычислений — задачи, где нейросети могут действительно помочь.

Закон Мура говорит о том, что количество транзисторов удваивается каждые 2 года.

Недавно я наткнулся на подкаст Artificial Intelligence with Lex Fridman, организованный MIT, где специалист по данным Лекс Фридман, который родился в СССР, а теперь работает в США, разговаривает с учеными и инженерами о том, чем они занимаются. В одном из таких разговоров с Джимом Келлером, специалистом по микропроцессорам, который работал в AMD, Apple, Tesla, Intel, и много где еще, они обсуждали закон Мура. Келлер утверждал, что последние десять лет люди постоянно утверждают, что закон Мура начинает нарушаться из-за того, что не получается сделать процессоры меньше, и классические компьютеры должны были прекратить своё развитие уже 10 лет назад. Проблема с транзисторами действительно существует, но это не значит, что вычислительная мощность перестаёт расти, ведь есть множество других особенностей, таких как сама архитектура. Примерно каждые 5-10 лет инженеры значительно совершенствуют архитектуру, и, что интересно, им приходится придумывать все с нуля. Такой подход пока что работал, но, как говорил сам Келлер, возможно скоро нас действительно ждёт замедление роста.

С квантовым процессорами, скорей всего, будет происходить примерно то же самое, правда, пока они на такой ранней стадии, что до остановки роста ещё далеко. Однако, аналог закона Мура уже существует: ученые из Quantum Computing Reports оценили рост числа кубитов и их качества в следующие несколько лет. В зависимости от мощности квантового компьютера они так же оценили на что он будет способен.

К этой метрике стоит относиться осторожно, скорее как к некой очень примерной оценке будущего квантовый процессоров.

Тем временем квантовый компьютер и квантовый интернет вошли в ежегодный список топ-10 самых прорывных технологий от MIT Technology Review.

Список занятный: там так же есть лекарства от старения, алгоритмы построения сложнейших молекул с помощью машинного обучения и система из спутников, способная обеспечить дешёвый интернет по всему миру.

Существует много платформ, на основе которых можно построить универсальный квантовый компьютер. Квантовые точки являются перспективной реализацией кубитов, но до сих было не ясно как проводить неразрушающее квантовое измерение вычислительной системы. Ученые из Японии и Австралии предложили измерять кубит в квантовой точке с помощью другого кубита. Такая реализация позволяет долго сохранять вычислительное состояние, что необходимо, например, для реализации кодов коррекции ошибок.

В последние десятилетия ученые активно изучают топологические эффекты в физике, в частности, и концепцию фотонных топологических состояний, которые могут помочь в создании высококогерентных квантовых компьютеров. Однако, физическая реализация таких состояний — это сложная экспериментальная задача. Физики из России и Италии построили электрическую схему для эмуляции динамики взаимодействия фотонов, которая позволила смоделировать появление топологический краевых состояний.

Швейцарская компания ID Quantique, которая одна из первых начала делать коммерческие устройства для квантовых коммуникаций, недавно представила квантовый генератор случайных чисел на чипе. Такой чип можно будет поставить в IOT устройства, различные сенсоры и даже в мобильный телефон.

Довольно давно выпускник МФТИ Алексей Китаев, который сейчас трудится в США, предложил построить квантовый компьютер с топологической защитой из энионов. Такой компьютер бы обладал очень высокой когерентностью, что позволило бы легко масштабировать вычислительную систему. Проблема в том, что задетектировать энионы, не то чтобы управлять ими, — очень трудная задача. А вот на днях вышла статья в Science, после которой, возможно, наука о топологических квантовых вычислениях получит новый виток.

В теории квантовые радары позволяют задетектировать объект, используя очень слабые сигналы на уровне одного фотона, что делает такой радар необходимой технологией в неинвазивной биомедицине и оборонных разработках. Международная группа физиков создала и протестировала первый прототип квантового радара, использующего запутанные микроволновые фотоны, которые рождались в сверхпроводящей нелинейной среде. Ученым удалось экспериментально показать превосходства такого радара над классическими аналогами на коротких расстояниях, порядка 1 метра.

Я не часто вижу статьи по квантовым радарам, ведь эта тема особо интересна военной индустрии, и потому почти все разработки засекречены. Но приятно, когда все таки научная группа выбирает открытость и публикуется.

А тем временем 54-кубитный процессор Google Sycamore, на котором показали квантовое превосходство, начал давать первые результаты.

Коллаборация Google посчитала энергию водородных цепочек из 12 атомов с помощью вариационных алгоритмов. Это такие полуклассические алгоритмы, которые задействуют по минимуму квантовые компьютеры, но в то же время используют необходимые квантовые ресурсы. Также им удалось описать реакцию изомеризации молекулы диазена.

Интересно, куда все это движется у Google, особенно с учётом того, что человек, который был руководителем научной группы Google много лет, Джон Мартинис, ушёл из-за разногласий по поводу будущего сверхпроводящих квантовых компьютеров.

А вот и интервью профессора Джона Мартиниса о том, почему он ушёл из Google.

Вкратце, он не разделяет взгляд на масштабирование сверхпроводящих квантовых цепей для вычислений, и предлагает другой способ, который, как он считает, позволит построить компьютер с тысячами и миллионами кубитов.

Что это за методы, никто, конечно, не раскрывает, но Джон Мартинис уже принимал важные решения для Google, которые сперва казались странными. Например, в то время как IBM боролись за большие времена когерентности своих кубитов, Мартинис пошёл другой дорогой: он вместе с командой нашли способ как делать одно- и двух-кубитные операции быстро, примерно в 10 раз быстрее IBM. При такой скорости, время когерентности уже не становится большой проблемой. Качество операций у Google в несколько раз больше IBM, при том, что время когерентности в 5-6 раз меньше, и во многом это заслуга Мартиниса.

В то же время в Google достаточно умных физиков и инженеров, так что не думаю, что они начнут отставать в квантовой гонке.