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.

Вышла наша статья в Nature Scientific Reports про оптическую метрологию. Ура!

А что такое метрология, чем хороши квантовые измерения и зачем вообще вот это вот все я коротко рассказал в блоге N+1.

Всем хороших выходных!

Картинка от РКЦ.

Вебинар SIT ALUMNI Insights: студенты и преподаватели швейцарского института отвечают на вопросы об обучении в вузе
 
Когда: 21 июля 2020
Время: 12:00 – 13:30 МСК
Где: Zoom Conference
 
Как получить магистерское образование в Швейцарии? Сколько это стоит и как  выиграть грант на обучение? 
Почему студенты выбрали Schaffhausen Institute of Technology (SIT)? Какие научные проекты ожидают студентов и под руководством каких ученых будет проходить обучение? 
Как совмещать с учебой работу в глобальной ИТ-компании и как будет выстроена программа обучения в вузе?
Об этом и многом другом расскажут выпускники SIT. Некоторые из них родом из России, поэтому хорошо знают мечты и проблемы русских студентов. 
 
Также участников вебинара ждут презентации спикеров мирового уровня, среди которых:

• Константин Новоселов, Лауреат Нобелевской премии, Профессор Центра Физики улучшенных 2D-материалов в Национальном Университете Сингапура, Председатель Стратегического совета SIT
 
• Сергей Белоусов, CEO Acronis, Основатель SIT
 
• Станислав Протасов, Президент и со-основатель Acronis, Почетный лектор SIT
 
• Мауро Пецце, Профессор Software Engineering в Schaffhausen Institute of Technology
 
Мероприятие пройдет на английском языке. 

Подробности и регистрация на вебинар здесь.

IBM набирает обороты

За последние несколько недель IBM сообщили сразу несколько важных новостей. Во-первых, они запускают ещё 8 компьютеров с квантовым объемом 32. Что такое квантовый объём я писал на N+1 на примере компьютера на холодных атомах от Honeywell. Теперь на платформе IBMQ 22 квантовые машины, правда не все они в открытом доступе. Во-вторых, они выкатили новый классный оптимизатор в свою Python-библиотеку Qiskit. Более того, IBM объявил о начале летней онлайн-школы по Qiskit, на которую уже зарегестрировалось больше 5 тысяч человек. И последнее, они решили подойти к вопросу о квантовом превосходстве, который поднял Google, с другой стороны. Они рассмотрели некую математическую игру, в которой классический компьютер не может победить со 100% вероятностью ни при каких условиях, а вот квантовый может. На днях они выпустили статью в Nature Physics, на N+1 новость про это тоже была.

Тут неожиданно вышла статья из Yale, где впервые была реализована нормальная коррекция ошибок. Это очень большой шаг вперёд.

Прелесть дистанционного обучения в том, что теперь лекции по квантовым вычислениям могут слушать все.