НОБЕЛЕВКА ЗА ИДЕЮ, ВЫДВИНУТУЮ В СССР И США

Комментарий к Нобелевке по физике-2025 от Устинова Алексея Валентиновича, доктора ф-м н.,профессора, заведующего Лабораторией сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС, руководителя группы Российского квантового центра:

Во-первых, это действительно давно ожидаемая и абсолютно заслуженная Нобелевская премия. Её дали за выдающиеся работы, сделанные ещё в середине 80-х годов. Идеи этих экспериментов предложили в начале 80-х Тони Леггетт (Anthony Leggett) в США и, независимо, Анатолий Ларкин и Юрий Овчинников в СССР. Джон Кларк с его тогда еще очень молодыми соавторами в Калифорнийском университете в Беркли первые в мире смогли экспериментально подтвердить достоверность этих теоретических предсказаний.Следует упомянуть, что Тони Леггетт уже получил Нобелевскую премию в 2003 году вместе с Виталием Гинзбургом и Алексеем Абрикосовым, за совершенно независимое открытие в другой области, в которой его вклад был очень значителен.
Группа Джона Кларка (John Clarke), в которую входили постдок Мишель (Michel Devoret)Деворе и аспирант Джон Мартинис (JohnMartinis), сделала работу, перевернувшую взгляды на квантовую механику. До этого квантовая механика применялась только к микроскопическим объектам - атомам, ионам, фотонам. А теория Леггетта, Ларкина и Овчинникова предсказывала, что её можно применить и к большим объектам — в частности, к сверхпроводниковым цепям. Это было революционное предположение, которому многие тогда не верили, и именно Кларк с коллегами впервые успешно провели его экспериментальную проверку. Сначала, в 1985 году, им удалось наблюдать макроскопическое квантовое туннелирование. Однако сам факт туннелирования ещё не доказывал, что квантовая механика применима полностью и что в таких системах существуют уровни энергии. Это доказал второй эксперимент, выполненный в 1987 году теми же авторами.
После этого наступила пауза примерно на 15 лет. Многие исследователи сверхпроводимости ушли в область высокотемпературных сверхпроводников, и лишь несколько групп продолжали упорные эксперименты. Главной интригой было экспериментальное подтверждение временной динамики, предсказываемой квантовой механикой, а именно когерентных квантовых колебаний. Хотелось бы назвать Ясу Накамуру (Yasunobu Nakamura) и Шена Цая (Jaw-Shen Tsai), руководителя группыNEC в  Японии, в которой работал Ясу, и в которой они сделали вместе с Юрием Пашкиным первую работу по сверхпроводниковым кубитам в 1999 году. Эти эксперименты и наблюдение макроскопической квантовой когерентности в группе Ганса Муя (Hans Mooij) в Делфте (Нидерланды) в 2000 году привело к созданию новой квантовой электроники — сверхпроводниковых кубитов, которые сейчас используются для квантовых компьютеров.
Это открытие повлияло на развитие современных технологий. До 2010-2012 годов было непонятно, станет ли это новой технологической областью. Революция произошла, когда ведущие корпорации мира, увидев подтверждённые данные, уверовали, что на этой платформе можно строить квантовые компьютеры. Сейчас в этой области участвуют такие флагманы, как IBM и Google, а также множество стартапов по всему миру. Эта революция была спровоцирована тем, что платформы для квантовых вычислений не сводятся к микрообъектам (атомам, ионам), а реализуются в макроскопических системах, таких как сверхпроводники, где наблюдаются коллективные свойства большого количества частиц с квантовой временной динамикой, необходимой для выполнения квантовых вычислений.
Пионерские работы Джона Кларка, МишеляДеворе и Джона Мартиниса предвосхитили развитие квантовых технологий на сверхпроводниках. Это подтверждает мысль нобелевского лауреата Алексея Абрикосова, который говорил, что для получения Нобелевской премии нужно жить долго. Понятно, конечно, что для этого необходимо много всего сделать, но фактически эта премия дана за работы, сделанные 40 лет назад, положившие начало уже свершившейся технологической революции, которая привела к созданию сверхпроводниковых квантовых компьютеров
👁

По всем законам магии Нобелевская премия по физике в год столетия квантовой механики и в день 140-летия Нильса Бора должна была достаться первооткрывателям каких-нибудь квантовых эффектов. Законы магии не подвели, - премию получили Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис, доказавшие, что квантовые свойства не ограничиваются квантовыми масштабами, а могут проявляться и в более крупных системах.

Это один из важнейших вопросов современной физики — каков максимальный размер системы, способной на квантово-механические эффекты. От его решения зависит, сможем ли мы создать функциональные квантовые компьютеры. Ведь квантовый компьютер – это квантовая система, которую мы постепенно все увеличиваем и увеличиваем в масштабе. Создать его можно только раздвинув границы квантовых эффектов,  чтобы законам этого странного микромира подчинялась большая система.

Способность квантовых частиц проходить сквозь барьеры, даже если их энергия меньше высоты барьера, называется квантовым тунеллированием. Эксперименты лауреатов, проведенные еще в 1980-х, показали, что в системе, состоящей из двух сверхпроводников, разделенных диэлектриком, ток протекает между двумя сверхпроводящими слоями, несмотря на препятствие в виде диэлектрика – даже в макроскопических системах, то есть эффект квантового тунеллирования возможно как бы перенести в наш мир, подчиняющийся законам классической механики. Сплоченный коллектив заряженных частиц в этих экспериментах вёл себя как единая квантовая сущность.

Исследования лауреатов открыли возможность для создания квантовых технологий. К этой группе технологий сейчас относят не только квантовые вычисления, но и квантовую криптографию -  создание систем связи, которые всегда гарантированно могут обнаруживать подслушивание. И квантовые сенсоры - высокочувствительные датчики, способные заметить даже один-единственный фотон.  Например, датчики в томографах, создающих карту электромагнитного поля человека или части его тела. Появилась уже целая область квантовой метрологии, - создания измерительной техники для всего, что можно очень точно измерить с помощью квантовых эффектов (например, очень точно измерять время атомными)
👁

Слева: обычная физика, справа: квантовая
👁

Квантовые компьютеры обещают произвести революцию в вычислениях и сломать современную криптографию Но из чего они сделаны? Отвечают нобелевские лауреаты по физике за 2025 год
👁

https://meduza.io/feature/2025/10/08/kvantovye-kompyutery-obeschayut-proizvesti-revolyutsiyu-v-vychisleniyah-i-slomat-sovremennuyu-kriptografiyu

Физики построили квантовый детектор лжи
👁

https://habr.com/ru/news/954776/

Как сжать 600 лет в одну секунду? Квантовый компьютер наконец-то доказал свое превосходство
👁

https://www.ixbt.com/live/science/kak-szhat-600-let-v-odnu-sekundu-kvantovyy-kompyuter-nakonec-to-dokazal-svoe-prevoshodstvo.html

Китай запустил сверхпроводящий квантовый компьютер с облачным доступом
👁

https://naukatv.ru/news/kitajskij_sverkhprovodyaschij_kvantovyj_kompyuter_gotov_k_kommercheskomu_ispolzovaniyu

Физики из Университета в Буффало нашли способ решать квантовые задачи, которые раньше требовали суперкомпьютеров, — теперь это можно делать на обычном ноутбуке. Они усовершенствовали известный метод усечённого приближения Вигнера (Truncated Wigner Approximation, TWA), сделав его достаточно простым для практического использования и одновременно сохранив точность, необходимую при моделировании микромира
👁️

https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/1wwv-k7hg?utm_source=Securitylab.ru

Подробнее: https://www.securitylab.ru/news/564506.php

Вероятность перестала быть только математикой — правило Байеса впервые переписали для квантового мира, где каждое измерение меняет саму реальность
👁

https://www.securitylab.ru/news/564603.php

Китай начал массовое производство детектора фотонов для квантовых РЛС, предназначенных для отслеживания современных малозаметных самолетов, таких как F-22. Этот сверхмалошумящий детектор способен регистрировать отдельные фотоны и может расширить военные возможности по обнаружению и сопровождению малозаметных самолетов.

Квантовые радары, использующие свойства фотонов для обнаружения самолетов, даже если они применяют средства противодействия традиционным радарам, могут бросить вызов существующим технологиям малозаметности.

Утверждается, что эти РЛС более энергоэффективны и универсальны, что потенциально может произвести революцию в методах обнаружения малозаметных целей. Тем временем, ВМС США развивают свою программу создания истребителей шестого поколения, что вызывает опасения по поводу доминирования США в воздухе в регионе
👁

Квантовый компьютер – гид на ПостНауке
👁

https://postnauka.org/guides/156100

Новый тип квантовой дуальности
👁

https://dzen.ru/a/aRHAp0X4ei20VxRz

Свет учится распознавать картинки: шаг к практическим фотонным квантовым нейросетям

Классические сверточные нейросети (CNN) сегодня отвечают за распознавание изображений, речи и текста. В новой статье в журнале Advanced Photonics физики показывают, как похожую архитектуру можно реализовать на квантовом уровне — с помощью одиночных фотонов и интегральных оптических чипов.

Главная проблема фотонных квантовых схем в том, что они по природе линейные: свет в интерферометрах «послушно» складывается и разделяется, но не даёт той гибкой нелинейности, которая так важна для нейросетей. Группа ученых предложила простое решение: добавить на этап «пулинга» адаптивный шаг — adaptive state injection, адаптивное введение фотона.

Как это работает
Исследователи построили фотонную квантовую сверточную сеть (PQCNN) на базе:
• одиночных фотонов от квантовой точки,
• двух интегральных квантово-фотонных процессоров на 8 и 12 оптических мод.

Схема напоминает классическую CNN: есть «квантовый загрузчик данных», сверточные слои и пулинг. После первого слоя часть светового сигнала измеряется. В зависимости от результата система либо вводит новый фотон в нужный канал, либо пропускает дальше существующий. Это мягко перенастраивает вычисление на лету — по сути, добавляя нейросетевую «обратную связь» в линейную оптику. В эксперименте этот адаптивный шаг пока эмулируют контролируемой процедурой, эквивалентной реальному переключению.

Для демонстрации PQCNN обучили различать простые 4×4 изображения — горизонтальные и вертикальные полосы. На полном экспериментальном стенде сеть достигла точности классификации свыше 92 %, что совпало с численным моделированием и подтвердило корректность архитектуры и адаптивного подхода.

Авторы отдельно анализируют масштабируемость: численные эксперименты показывают, что по мере роста размеров задач и усложнения данных такая архитектура может давать преимущества перед отдельными классическими методами — особенно по времени работы и числу параметров. В будущем, по мере появления быстрых низкопотерьных оптических переключателей, подобные схемы смогут работать в реальном времени и использоваться не только для классификации картинок, но и, например, для задач квантового Boson Sampling с нелинейностью, «вшитой» в адаптивные шаги.

Главный вывод работы: один простой адаптивный элемент, совместимый с уже существующей фотонной технологией, способен превратить линейный оптический процессор в полноценную квантовую нейросеть. Это делает фотонные квантовые ИИ-системы чуть менее теорией и чуть больше — инженерным проектом.

Статья: L. Monbroussou et al., Photonic quantum convolutional neural networks with adaptive state injection, Advanced Photonics 7(6), 066012 (2025), doi: 10.1117/1.AP.7.6.066012.  Credit
L. Monbroussou et al., doi 10.1117/1.AP.7.6.066012

«Докажите, что это не обман»: как DARPA отделяет квантовый хайп от реальных технологий

У DARPA сейчас запущена так называемая  инициатива по квантовому бенчмарк (QBI), задача которой «отделить практическую пользу от пузыря» вокруг квантовых компьютеров.  Уникальность, даже для DARPA, этой программы в том, что она нацелена на весь квантовый рынок разом.

Они взяли руководителем программы физика Джо Альтепетера , который  заявил, что команды должны в первом раунде доказать, что эта технология вообще существует и они могут чем-то это подтвердить, чтобы перейти во вторую стадию B. На первой стадии команды должны были доказать реалистичность пути к квантовому компьютеру промышленного масштаба. ​

На второй стадии B им уже даётся до 15 млн долларов каждой, и в конце они должны показать детальный план и промежуточные результаты, чтобы перейти к стадии C. На стадии C команды строят прототипы критических подсистем и проходят независимую государственную проверку, чтобы доказать реализуемость пути к промышленному квантовому компьютеру к 2033 году. При этом уже на второй стадии они должны сделать полноценное ТЭО (технико-экономическое обоснование) — как именно будут решаться проблемы с коррекцией ошибок, масштабированием кубитов, производством и стоимостью эксплуатации.​

Сейчас на стадию B уже прошли 11 команд из исходных 15. Среди них:​

   • IBM  (сверхпроводящие кубиты)
    • IonQ  (ионные ловушки)
    • Quantinuum (ионные ловушки)
    • Atom Computing, QuEra Computing (нейтральные атомы)
    • Diraq, Photonic Inc., Quantum Motion, Silicon Quantum Computing (кремниевые спиновые кубиты разных типов)
    • Nord Quantique (сверхпроводящие кубиты)
    • Xanadu (фотоника)​

Интересно, что Google  и некоторые другие крупные игроки пока не вошли в список прошедших в стадию B, хотя участвовали в стадии A. По всей видимости, те, кто прошёл, смогли развеять сомнения у руководителя программы, и за их проектами уже стоит что-то серьёзное — не просто маркетинговые обещания, а реалистичные планы с цифрами и прототипами.​

Параллельно с DARPA, но менее публично, несколько программ по квантовым технологиям существует у IARPA . У них программы уже не про экономическую полезность, а про то, как это можно применить в криптографии и разведке — их интересует взлом шифров, квантовая связь и архитектуры для  задач разведсообщества.​​

DARPA и раньше запускала подобные инициативы по ИИ, БПЛА, биотехнологиям, где нужно было доказать, что технология — это не фейк, а реальная технология с измеримыми параметрами. И судя по тому, что все эти технологии сейчас активно развиваются, если у DARPA эта программа будет и дальше продвигаться и команды дойдут до стадии C, то квантовые вычисления в 30-х годах или даже раньше станут новой революционной технологией, которая по масштабу и значимости будет сопоставима с ИИ.​

Это несёт как возможности, так и серьёзные риски для безопасности: квантовые компьютеры смогут взламывать практически все современные алгоритмы шифрования. Именно поэтому NIST уже в августе 2024 года выпустил первые три стандарта постквантовой криптографии (ML-KEM, ML-DSA, SLH-DSA), устойчивые к квантовым атакам, и активно идёт процесс их внедрения. Гонка между созданием квантовых компьютеров и защитой от них уже началась
👁

Световые чипы вместо медных проводов

Последние 20 лет ученые и военные бьются над одной проблемой: как заменить электрические сигналы в компьютерах на световые. Электричество в проводах греется и не справляется с современными объемами данных, а свет по тонкому стеклянному волокну передает информацию почти без потерь. Если пустить свет прямо внутри процессора, компьютеры станут холоднее, быстрее и будут потреблять меньше электричества.

Для этого нужны особые лазеры — "оптические гребенки", которые светят не одним цветом, а сразу сотнями идеально ровных частот, как зубцы расчески. По одному тонкому световоду такая гребенка передает сотни потоков данных одновременно — это как заменить толстый жгут медных кабелей одной стеклянной ниточкой. Плюс такие гребенки используют военные для сверхточных измерений, навигации и радаров.

До сих пор создать такую гребенку было сложно и дорого — требовалась куча электроники, постоянная подстройка и мощные лазеры. Новый патент от Университета Колорадо и американского института стандартов NIST (оплачен DARPA) показывает, как сделать это дёшево и просто.

Они взяли крошечное кольцо-зеркало на кремниевом чипе и на его внутреннюю стенку нанесли невидимую "рябь" — волны высотой в несколько атомов. Эта рябь работает как ловушка для света: когда вы включаете обычный непрерывный лазер, свет сам собирается в стабильный импульс, который носится по кругу 200 миллиардов раз в секунду (для сравнения: процессор работает на 5 миллиардах тактов). Раньше такой импульс приходилось "ловить вручную" сложной электроникой — теперь всё делает геометрия нанометровых "зубчиков".

Зачем это военным:

Связь нового поколения — встроить световые каналы прямо в процессоры для передачи терабитов данных (это цель программы DARPA PIPES: оптические суперкомпьютеры для обработки данных с беспилотников и систем ИИ).

Компактные сенсоры — такая гребенка умеет "нюхать" состав материалов по свету и мерить расстояния с высокой точностью (для анализа химвеществ, взрывчатки, лазерных дальномеров).

Автономная навигация — эти источники нужны для создания миниатюрных сверхточных часов, которые позволят ракетам, подлодкам и беспилотникам ориентироваться без GPS (глушилки станут бесполезны).

Такой чип штампуется тысячами на обычной фабрике микросхем, почти не потребляет энергии и работает сам. Это не готовый прибор, а кирпич, из которых строят новое поколение техники — как транзистор когда-то: сам по себе не компьютер, но без него компьютера не будет.

Американцы создают фундамент для перехода от электроники к фотонике. Патент решает ключевую задачу: как сделать источник световых гребенок дешёвым и автоматическим, чтобы встраивать его куда угодно — от процессора до ракеты
👁

Китайские ученые создали первую «квантовую LLM». Точнее, HyQuT — это гибридная модель на основе трансформера, в которой часть матричных вычислений заменили на аналогичную квантовую схему.

Вместо перемножения матриц в «квантовых слоях» используют повороты кубитов. Схема из 10 кубитов и примерно 80 вентилей позволила заменить более 10% классических параметров в модели на 150 млн параметров, сохранив качество генерации текста

Однако пока о реальной практической ценности «квантовой LLM» или тем более о квантовом превосходстве речи не идет. Исследователи лишь отмечают, что использование квантовых вычислений для обработки языка — перспективное направление, которое может пробить стену масштабируемости
👁