Последние несколько дней я работал с очень сложной, но полезной установкой, которая называется криостат растворения. Необходимая вещь в лаборатории низких температур, ибо он способен охлаждаться до температур близких к абсолютному нулю. Для этого он использует жидкий (в некоторых местах газообразный) гелий двух типов: гелий-3 и гелий-4. Криостат имеет три ступени, каждая из которых охлаждается до своей температуры: до 300К (комнатная температура), до 4К и до пары десятков миллиКельвин (Напоминаю: ниже 0К не бывает, это самая низкая температура, 273,3 К - это 0 градусов по Цельсию). Последняя ступень достигается путём растворения одного гелия в другом (поэтому криостат растворения). Затем гелий-3 испаряется из смеси, унося с собой тепло. Чтобы помочь ему в этом, его откачивают насосом, который потом опять запускает гелий-3 в этот цикл. Таким образом можно достичь невероятно низких температур.

Но встаёт вопрос: а зачем они нужны? Что же такого занятного бывает, когда так холодно?

А вот оказывается, что с помощью низких температур, вполне можно создать компьютер невероятной мощности, который сможет прочитать все ваши письма, все защищённые переписки в Telegram. На нем можно будет моделировать новые материалы, для которых у обычных компьютеров (даже у суперкомпьютеров) не хватает мощности. Можно будет решать очень сложные задачи оптимизации: экономические, медицинские, инженерные.

Такой мощный аппарат принято называть "Квантовый компьютер". Применений достаточно много, но не так много, чтобы полностью заменить классические компьютеры, ибо у квантового мира есть множество ограничений, но об этом в следущий раз.

Многовато информации для субботнего утра :)
Хороших выходных!

Разобранный криостат. Точнее только его нижняя и самая важная часть.

А тут он уже за тремя радиационными пластинами, которые не дают внешнему миру нагреть его, и не дают 3-ем ступенями греть друг друга.

Квантовая механика, пожалуй, самая неожиданная, но в то же время, хорошо вписывающаяся в понимание мира, теория. Самая главная идея, которая делает её столь необычной и важной, - это присутствие фундаментальной неопределённости. Мы, люди, пытаемся понять этот мир путём эксперимента, оказываемся в рамках, за которые не можем выйти. Но это не какое-то наше бессилие или недостаточно развитые технологии. Тут все гораздо серьёзнее. На малых масштабах, сравнимых с размерами атома, самая природа теряет понимаете себя.

Возьмём, к примеру, электрон. Заряженный шарик, который вращается вокруг ядра. На самом деле, никакой это не шарик. Его никто не видел, и это всего лишь приближение, которое позволяет нам представить это движение. Форма электрона неизвестна нам и, более того, неизвестна самому электрону в силу той самой неопределённости. К слову, летает электрона вовсе не "вокруг" ядра, как мы привыкли видеть в планетарном движении. В квантовой механике отсутствует понятие "траектория". Неопределённость, которую Вернер Гейзенберг обнаружил в 1927 году, отнимает у нас такие идеи. Зато даёт другие. Согласно этому принципу точно определить где располагается тот или иной объект и в каком он состоянии находится нельзя. Все, что мы можем сделать, это предсказать вероятность этого события. И хочу подчеркнуть, так происходит не потому, что мы не в силах поймать быстрые частицы. Это фундаментальный закон природы.

Мы подчиняемся тем же самым законам, несмотря на наш больший размер, просто вероятность того, что я сейчас сижу за столом, никуда не иду и пишу этот пост, чудовищна велика. Безусловно, существует вероятность, что я сейчас внезапно окажусь на Марсе, но вы даже представить себе не можете какая она маленькая. Самое главное что такой исход существует.

Этим квантовая механика и прекрасна. В ней можно реализовать ситуацию, когда нет точных ответов "да" или "нет". Такую реализацию нам позволяет осуществить принцип суперпозиции, который утверждает, что, например, в данный момент я нахожусь в состоянии, в котором с какой-то вероятностью сижу в комнате на Земле и пишу пост, а с какой-то сижу на Марсе. У меня есть две позиции, каждая из которых имеет право на существование, пусть даже с разными вероятностями. Таким образом, я нахожусь в СУПЕРпозиции.

Но вот только задумайтесь. Строго говоря, я нахожусь в двух очень удаленных друг от друга местах одновременно. Другое дело, что проверить это невозможно, потому что я слишком большой для квантового мира. А вот частицы... их размеры подходят для наблюдения таких эффектов. Существует эксперимент, который действительно доказывает, что частица может быть в двух местах одновременно.

Не существует точечных объектов. Не существует строгих траекторий движения. Не существует однозначных ответов "да" или "нет". В этом мире возможно все, что угодно.

В следующий раз я расскажу про этот эксперимент с суперпозицией частицы и поведаю, как умение приручить квантовую механику, поможет создать квантовый компьютер.

Хорошей пятницы!

Парам пам пам. Времени на то, чтобы что-то написать меньше, чем я думал.

Знаете, когда бросаешь камень в озеро, то можно увидеть круги на воде. А если бросить два камня, то видно, как эти круги сталкиваются. И ровно посередине между местами, куда упали камни, наблюдается набор впадин и подъемов волны. Это явление называется интерференция. Волны от двух камней мешают друг другу, интерферируют. Картинка с уточками прилагается.

В прошлый раз я обещал рассказать вам про эксперимент о суперпозиции частицы. Возьмём простую частицу - фотон, частицу света. Как известно, свет это тоже волна, и все законы для волн на воде выполняются для света, в том числе и интерференция.

Возьмём светоразделительный кубик. Это такое зеркало, которое с 50% вероятностью пропускает свет вперёд, а с 50% отражает вниз. Поставим другие зеркала так, чтобы куда бы свет не пошёл: вперёд или вниз, в результате, фотоны прилетели бы на экран. Если светить на этот кубик долго, то есть запустить туда много фотонов, то половина фотонов полетит по одному пути, а половина по другому. И когда они встретятся, то как порядочные волны, создадут интерференцию на экране. То есть мы увидим чёрные и светлые полосы (как впадины и пики волн).

А теперь пустим туда только один фотон. Казалось бы, он полетит только по одному пути, пройдёт его и мы увидим просто свет на экране. Это интуитивно ясно. Но это именно тот момент, когда наша интуиция понимания мира ошибочна. Даже пустив один фотон, мы увидим интерференцию. Дело в том, что фотон - частица квантовая. А как мы помним, любая квантовая система имеет привычку находиться в суперпозиции. Так что, налетая на этот кубик, частица света идёт вперёд и отражается одновременно.

Но на этом дело не заканчивается. Если мы попробуем как-то зарегистрировать фотон по дороге до экрана, не меняя его пути, то окажется, что картинка интерференции пропадёт. И это не потому, что мы где-то не пустили фотон. Дело в том, что пытаясь узнать, летит ли здесь частица, мы становимся частью всей квантовой системы. А мы слишком большие, чтобы быть в суперпозиции, которую можно увидеть.

Квантовый мир очень непредсказуемый и что ждать от него, не знает никто. Эти правила идут вразрез с нашим интуитивным представлением окружающего мира.

Добрый день.
Пора бы уже ответить на вопрос: что же такое квантовый компьютер?

В компьютере, как известно, реализована бинарная логика: бит, который принимает два значения - 0 или 1. С помощью большого количества таких битов строятся "логические вентили": И, ИЛИ, НЕ и так далее - это известно еще со школы. А на этих вентилях строятся остальные операции. Роль бита в компьютере выполняет простая электрическая схема, главную роль в которой играет транзистор. С развитием электроники люди стремились сделать эти схемы как можно меньше, чтобы уместить в маленьких устройствах большую мощность.

В 1965 году Гордон Мур заметил, что количество транзисторов, умещаемых на один квадратный сантиметр, увеличивается вдвое (!) каждые два года. Эта закономерность получила название закона Мура. В журнале "В мире науки" было приведено такое сравнение: «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы $500 и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом 20 литров топлива».

Но закон Мура не будет выполняться вечно. Дело в том, что около 5 лет назад размер схемы приблизился к размерам атомов, а там, как известно, работают другие законы. И оказывается, что наращивать мощность так просто нельзя - серьезная проблема для дальнейшего развития человечества. Есть много задач, которые могут быть решены только с помощью компьютера: от построения экономических моделей до создания новых лекарств. Даже вы можете заметить, что раньше, когда вы ставили новые обновления на старые устройства, то они плохо работали. Сейчас же вы устанавливаете обновления на телефоны и компьютеры 4,5-летней давности - и все в порядке.

Если мы уже дошли до уровня, когда нужно залезть в квантовый мир, то единственное, что остается делать - создать принципиально новые вычислительные схемы (не транзисторные) для компьютера будущего. На первый взгляд, квантовая механика мешает наращивать мощность и дальше. Это заблуждение. Квантовая механика открывает возможности невероятного роста.

Суперпозиция - ключ к созданию бита, который не привязан к двум значениям 0 и 1. В теории квантовых вычислений такой бит называется кубит (Qubit - quantum bit). Кубит, квантовый по природе, может находится в суперпозиции 0 и 1: принимает всевозможные значения между ними. Таким образом он дает большую мощность для вычислений, заменяя собой множество классических битов.

Ученые уже давно создали алгоритмы для кубитов, которые способны выполнять некоторые важные операции намного быстрее классических. Алгоритм Шора - тот самый зверь, который способен взломать почту и банковский счёт. Но о нем поговорим в следующий раз.

Конечно же встает вопрос: как же физически реализовывать этих квантовых зверушек? Физических реализаций кубита на сегодняшний день очень много. Кажется логичным использовать элементарные частицы, например фотоны, которые квантовые с ног до головы - но попробуй поймай их. Тем не менее, люди научились ловить их, пусть и с переменным успехом. Но я занимаюсь другой реализацией: сверхпроводниковой. Она не нуждается в ловле элементраных частиц, но зато требует температур близких к абсолютному нулю. Об этом тоже в следующий раз.

Сложности есть везде, но это единственный путь продолжать развивать технологии, потому что с классическими компьютерами мы в тупике. Задачи становятся всё сложнее, потребности растут, а даже мощнейшие классические суперкомпьютеры часто не дают того, в чем мы нуждаемся.

Никак не могу понять, почему так мало шума вокруг квантовых компьютеров. Технология существует, пусть адски дорогая и экспериментальная - но всё на свете именно так начинается. Подход к вычислениям - принципиально отличный: поэтому непонятно, где он выстрелит, а где не сможет. Казалось бы, такая интрига - ведь если выстрелит, то там закон Мура покажется комичной недооценкой скорости роста.
Может, просто все дело в том, что нет блокбастеров, где не взбесившийся робот или искусственный интеллект - а непостижимо решающий невообразимые задачи квантовый комп уничтожает человечество? Вот мы правда стали настолько от масскульта зависеть?
А статья, коротенькая, как раз и напоминает - уже знакомые нам прошедшие "цифровые революции" могут оказаться просто утренниками в детском саду на фоне успешной квантовой.
https://www.inc.com/greg-satell/the-quantum-age-is-almost-upon-us-we-need-to-start.html

Это конечно не квантовый компьютер, но полноценный квантовый симулятор. Можно сказать, что квантовое превосходство уже совсем рядом.

Доброе утро!
Я решил реанимировать этот канал, да еще и немного поменять тематику. Насколько мне известно, на данный момент нет русскоязычного ресурса, на котором можно было бы узнать что происходит в мире квантовых технологий, поэтому этот канал будет первым.

Отныне я постараюсь держать вас в курсе того, в каком состоянии находится эта индустрия, а именно: квантовые вычисления, квантовая криптография, квантовые сенсоры и много другое. Эта наука быстро развивается, и вы даже не заметите как эти технологии придут в нашу жизнь и станут неотъемлемой ее частью.

#новости
Недавно ученые из лаборатории квантовых вычислений Google объявили, что их устройство достигло квантового превосходства. На данный момент не ясно, является ли эта работа фейком для привлечения инвесторов или был сделан важный шаг в развитии квантовых технологий. Давайте попробуем разобраться, что же такое квантовое превосходство и что же сделали в Google?

http://tiny.cc/google_quantum_supremacy
Время прочтения: 2 минуты.

#обсуждение
После объявления от Google все вокруг обсуждают достижение квантового превосходства с нездоровым энтузиазмом. Не все так просто в этой истории, как может показаться на первый взгляд. Что же на самом деле было сделано и какое это имеет значение для бурно развивающейся отрасли?

http://tiny.cc/be_carefull_with_qs
Время прочтения: 3 минуты.

Финансирование индустрии квантовых технологий частными инвесторами с 2012 по 2018 год.

▫️Всего за это время были профинансированы более 150 компаний.
▫️В 2017 и 2018 годах было вложено $450 млн, что в 4 раза больше суммы, вложенной двумя годами ранее.
▫️Самые крупные игроки: канадская компания D-Wave, калифорнийская Rigetti и ID Quantique из Швейцарии.
▫️Известно, что венчурные фонды в Китае активно инвестируют в квантовые технологии, но эта информация на данный момент недоступна.

Источники: Nature, Quantum Computing Reports

#новости
На прошлой неделе довольно крупная японская компания OKI Group использовала онлайн квантовый вычислитель для повышения производительности своей фабрики.
И успешно! Своим примером они показали, что уже сейчас квантовые машины можно использовать для решения реальных экономических задач.

http://tiny.cc/oki_dwave
Время прочтения: 2 минуты.

#обсуждение
Вот представьте, сделали люди большой сложный квантовый процессор. Проверили основные характеристики, вроде бы всё работает. Но как понять, как эта машина себя поведёт при решении реальных задач?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте взглянем как тестируются машины несколько другого типа.

Время прочтения: 3 минуты.

#новости
Американская компания Quantum Xchange представила новую корпоративную систему квантового шифрования Phio TX. CEO компании утверждает, что эта разработка убежала вперёд на несколько лет по сравнению с существующими предложениями на рынке. Основное преимущество системы — это её масштаб: 1000 км оптоволокна от Бостона до Вашингтона. Даже проходит через Уолл Стрит.

Phio TX - система прогрессивная, то есть вы можете самостоятельно выбрать уровень секретности: от обычного RSA до постквантового шифрования, которое не сломает даже самый навороченный квантовый компьютер. Этот тип криптографии сейчас активно развивается, ведь если квантовый компьютер появится через 10-15 лет, то начинать прятать свои секреты нужно уже сейчас. Не зря аналитики считают, что рынок квантовой криптографии вырастет до $25 млрд к 2025 году.