«New Algorithm Closes Quantum Supremacy Window»:
Random circuit sampling, a popular technique for showing the power of quantum computers, doesn’t scale up if errors go unchecked.

https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/

Image credit: Quanta Magazine.

Экспериментальное двухполевое квантовое распределение ключа (Twin Field Quantum Key Distribution) на расстоянии более 1000 км по оптоволокну

В недавно опубликованном препринте (https://arxiv.org/abs/2303.15795) группой ученых из Китая был описано и продемонстрировано двухполевое квантовое распределение ключа по оптоволокну на расстоянии более 1002 км в бесконечном режиме и до 952 км с учетом эффекта конечного размера. В эксперименте ученые разработали двухдиапазонную фазовую оценку и однофотонные детекторы со сверхпроводящими нанопроволоками со сверхнизким уровнем шума, чтобы подавить системный шум примерно до 0,02 Гц. Основные элементы, позволяющие провести эксперимент на сверхдальних расстояниях, включают волокно со сверхмалыми потерями, малошумящий cверхпроводящий однофотонный детектор и метод двухдиапазонной фазовой стабилизации с временным мультиплексированием.
_________

Experimental Twin-Field Quantum Key Distribution Over 1000 km Fiber Distance

In a recently published preprint by a group of scientists from China (https://arxiv.org/abs/2303.15795), twin-field quantum key distribution over an optical fiber was described and demonstrated at a distance over 1002 km in infinite regime and up to 952 km considering finite size effect. In the experiment, the scientists developed a dual-band phase estimation and ultra-low noise superconduct- ing nanowire single-photon detectors to suppress the system noise to around 0.02 Hz. The main elements enabling the ultra-long distance experiment include the ultra-low-loss fiber, the ultra-low-noise SNSPD, and the time-multiplexed dual-band phase stabilization method.

Image credit: Phys.org.

Happy World Quantum Day! 👨‍🏫

World Quantum Day is an international, community-driven event on April 14 to spark interest and generate enthusiasm for quantum mechanics.

Modern quantum mechanics was born in 1925 in the work of Heisenberg, Born and Jordan (the centenary of modern quantum theory will soon be!). And for the past three years, researchers and scientists from all over the world have been celebrating this quantum day. Congratulations everyone!
Science is fascinating 🧐

Image credit: RQC VK group

IT-гигант NVIDIA включилась в «квантовую гонку» и создала систему для квантовых вычислений с укорением на графическом процессоре.

✔️ В 2019 году впервые в истории компьютер Sycamore компании Google достиг квантового превосходства.
✔️ В 2021 году исследователи из пекинского Института теоретической физики воспроизвели эксперимент Google на классическом компьютере с помощью 60 видеокарт компании NVIDIA. На задачу, которую Sycamore решил за 200 секунд, классическая система потратила около 5 дней. Это заметно быстрее, чем «10 000 лет», о которых заявляли исследователи из Google.
✔️ В 2023 году сама NVIDIA в партнёрстве с Quantum Machines анонсировала первую систему, объединяющую графический процессор и квантовые вычисления, которую назвали DGX Quantum.

💻 Система включает ускоренные вычисления на базе модуля NVIDIA Grace Hopper (Arm-процессор + GPU), квантовую платформу Quantum Machines OPX+, модель программирования Grace Hopper Superchip и модель программирования с открытым исходным кодом NVIDIA CUDA Quantum.
Объявление DGX Quantum было сделано на конференции NVIDIA Spring GTC в марте 2023 года, что послужило публичным признанием того, что программный стек Cuda Quantum теперь доступен в открытом исходном коде.

💡 Архитектура DGX Quantum сочетает квантовые вычисления с ускорением на графическом процессоре, что дает высокую производительность и низкую задержку в гибридных квантово-классических вычислениях. О намерении интегрировать CUDA Quantum в свои платформы уже заявили компании по производству квантового оборудования Anyon Systems, Atom Computing, IonQ, ORCA Computing, Oxford Quantum Circuits и QuEra, разработчики ПО Agnostiq и QMware, а также некоторые суперкомпьютерные центры.

Image credit: Inside Quantum Technology News.

Консалтинговая компания McKinsey & Company подготовила обзор рынка квантовых технологий (QT) за 2022 год и его перспектив

💸Инвестиции
В 2022 году в квантовые технологии вложили рекордные $2,35 млрд, была закрыта крупнейшая сделка в истории: компания SandboxAQ, совмещающая QT c ИИ, получила $500 млн. Однако замедлился рост инвестиций и числа стартапов. Из-за недостатка простых коммерческих приложений инвесторы предпочитают новым стартапам более опытные. Компании-гиганты вкладывают средства в сверхпроводящие кубиты, а стартапы — в ионные и фотонные. На рынке преобладают частные инвестиции (около 80%), но и государства активно вкладывают в QT.

🖥 Технологические успехи
Нобелевскую премию по физике 2022 года вручили за квантовую запутанность. IBM представила 433-кубитный квантовый процессор Osprey и планирует увеличить число кубитов до 4000+ к 2025 году. Компания Xanadu достигла квантового превосходства на фотонных кубитах. Но уменьшилось число новых патентов, так как простые квантовые задачи уже решены

Далее ⬇️

Начало ⬆️

🌐 Лидеры
Среди лидеров по числу стартапов, патентов, инвестиций и учебных программ выделяются США, Канада, ЕС, Китай, Великобритания и Япония. США лидируют по числу стартапов — 100 из 350, частных инвестиций ($3,3 млрд) и учебных программ (12 из 50), Канада занимает вторую строчку по этим показателям. Китай с Японией лидируют по общему числу патентов 52,3% и 13,8% соответственно. Китай анонсировал рекордные $15 млрд госинвестиций. Россия входит в топ-8 по госфинансированию и числу патентов.

📈 Экономические перспективы
McKinsey выделяют три ключевые сферы рынка QT: квантовые вычисления, коммуникации и сенсоры. Из них квантовые вычисления привлекли больше 70% от всех инвестиций и потенциально могут увеличить рынок с текущих $8,4 млрд до $100+ млрд или даже до $1 трлн к 2040 году за счет высокой скорости вычислений и роста масштаба решаемых задач. Однако для этого необходимо создать надежный (отказоустойчивый) квантовый компьютер.
Основную прибыль приносит сектор аппаратного обеспечения — 76%, развиваются на рынке QT облачные технологии, а ПО нуждается в большей универсальности. Наиболее перспективные отрасли для вычислений — автомобилестроение, химическая промышленность, науки о жизни и финансы (финансы занимают >50% рынка).
В сфере квантовых коммуникаций и квантовых сенсоров пока нет готовых решений ни в секторе «железа», ни ПО. Наиболее развит сектор компонент и оборудования.

Российские ученые впервые применили квантовый ИИ для создания лекарств

Друзья, у нас грандиозные новости! Ученые из Российского квантового центра (Александр Гирча, Алексей Боев, Алексей Федоров) и сингапурской компании «Геро» (Константин Авчациов, Петр Федичев) совершили прорыв в медицинской химии! Они впервые использовали квантовые алгоритмы машинного обучения для создания новых химических соединений с потенциальными лекарственными свойствами. Это одно из первых практических применений квантовых компьютеров!

В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, команда показала, как гибридные квантово-классические алгоритмы машинного обучения успешно используются для создания новых молекул, которые могут быть полезными в медицине. Они применяли как обычные компьютеры, так и квантовые, чтобы обнаружить закономерности, связанные с полезными химическими и медицинскими свойствами в созданных алгоритмом химических структурах.

Все созданные алгоритмом молекулы являются новыми и имеют потенциал для патентования!

На сайте Агентства Стратегических инициатив размещена видеозапись доклада лидера рабочей группы "Технологии" проекта "Горизонт-2040" Д. Р. Белоусова на Санкт-Петербургском экономическом форуме (презентация доклада)

Россия – один из ключевых центров развития квантовых технологий, которые открывают новые горизонты в науке и технике. С 9 по 14 июля в Москве впервые пройдет Форум будущих технологий, который станет ежегодной площадкой для обсуждения передовых направлений инновационного вектора развития страны.

Название мероприятия — «Вычисления и связь. Квантовый мир». Основу его деловой программы составят тематические блоки по развитию и применению квантовых технологий и технологий передачи данных в ключевых отраслях:

🔹 ИТ;
🔹 наука;
🔹 промышленность;
🔹 медицина;
🔹 цифровая экономика.

Отдельные дискуссии будут посвящены подготовке кадров, государственному регулированию и инструментам поддержки науки. Открытые дни форума – 13 и 14 июля, когда состоятся панельная дискуссия и публичные доклады.

Форум будущих технологий проводится под эгидой Десятилетия науки и технологий. Оператором мероприятия выступает Фонд Росконгресс при поддержке Минцифры России, РАН, Российского квантового центра.

@roscongress

У нас появилась группа VK 💻

Чтобы всегда оставаться в курсе квантовых новостей, подписывайтесь: https://vk.com/quantradar

AstraZeneca и Sanofi объявили, что будут использовать ИИ и квантовые технологии Google для ускорения открытия новых лекарств

Эти технологии помогут разработать новые молекулы и предсказать свойства новых лекарств.

Одни из преимуществ использования ИИ для открытия новых лекарств - скорость, эффективность и точность.

Компания IBM показала «полезное» квантовое превосходство

💡Что сделали?
Научная группа IBM и Калифорнийского университета в Беркли на 127-кубитном компьютере Eagle воспроизвела физическую модель Изинга, которая, в частности, описывает магнетизм постоянных магнитов. Каждый кубит соответствовал электрону в решетке металла. Результаты совпали с расчетами на классических суперкомпьютерах вплоть до размеров системы в 68 кубит. Более крупную систему суперкомпьютеры рассчитать не могут, а вот квантовые вычисления ученые реализовали на всех 127 кубитах, показав заветное «полезное» превосходство. Полученный результат свидетельствует о полезности квантовых вычислений в доотказоустойчивую эпоху.
Статья опубликована в журнале Nature в июне 2023 года.

🖇 Как удалось?
Используя усовершенствованную технику «подавления ошибок» (error mitigation), ученые компенсировали перманентные шумовые эффекты в кубитах и получили на выходе точные результаты измерений в модели Изинга. Инженеры IBM сначала намеренно усилили шумовые эффекты, затем сравнили результаты измерений процессорного шума на разных уровнях. Далее точно измерили шум в каждом из кубитов. Шум кубита подчинялся предсказуемым закономерностям , которые определяются относительным положением кубита внутри устройства, его микроскопическими дефектами и прочими факторами. По результатам построилиспециальную оценочную функцию, которая выдавалатна выходе данные, близкие к фактическим измерениям. Вычитая шумовые наслоения этой функции, ученые получали точные значения измерений модели.

🖇Технические характеристики и детали
Шумный, 127-кубитный квантовый процессор Eagle запускали в режиме сильной запутанности для измерения точных значений математических ожиданий временной динамики модели Изинга с поперечным полем. В режиме сильной запутанности для временной динамики модели Изинга с поперечным полем квантовый компьютер дает правильные результаты, для которых не работают самые современные классические приближения, такие как методы тензорных сетей.
Детальнее о новой работе IBM и о том, что это значит для современных квантовый вычислений, рассказано в подскасте от Nature.

🖇 Предыстория
В 2019 году компания Google громко заявила о достижении квантового превосходства, однако вскоре подверглась критике: ее квантовый компьютер решал быстрее классических только конкретную, практически незначимую задачу. После этого исследователи пытаются показать «полезное» квантовое превосходство – решать реальные физические проблемы. Несмотря на новый успех IBM, Google уже подготовила ответное превосходство, о котором мы скоро расскажем.

Image credit: The journal Nature June 15, 2023 issue.

Давид и Голиаф: Еще вчера эксперимент IBM был квантовым превосходством, а сегодня уже продемонстрирован эффективный классический алгоритм

Сегодня на архиве вышел препринт коллег из Университета Нью-Йорка и Университета Флэтайрон, в котором предлагается эффективный метод симуляции 127-кубитной динамики, воспроизводящей результаты недавнего эксперимента коллег из IBM. В основе работы используются тензорные сети — один из наиболее эффективных современных методов моделирования квантовых систем, в котором повышающаяся сложность симуляции связана именно с величиной и характером запутанности в квантовой системе. Авторы указывают, что разработанные методы могут иметь более далекоидущие последствия, чем воспроизведение результатов недавнего эксперимента.
Итак, ждем ответа от IBM: возможно, на новом чипе или в более “квантовом” режиме с использованием 127-кубитного процессора.

Недавно появилась новость о том, что к первому российскому квантовому компьютеру смогут подключаться все желающие! Это станет возможным через полтора года с помощью квантовых облачных вычислений.

Руководитель научной группы РКЦ Алексей Федоров и разработчик-исследователь Алена Мастюкова рассказали, для чего это нужно: доступ к квантовым компьютерам поможет оптимизировать логистику и финансы, позволит моделировать технологические процессы и выполнять анализ больших данных в нефтегазовом секторе. Также он пригодится в областях квантовой химии (моделирование новых соединений, поиск новых лекарств), биоинформатики и криптоанализа. А еще квантовые алгоритмы могут быть полезны для создания новых моделей машинного обучения.

Кстати, ученые рассчитывают, что возможность подключения к квантовому компьютеру будет полезна всем — от школьников до разработчиков.

Ждем официального запуска!

Новые оценки для взлома криптографии от PsiQuanutm: 7 миллионов кубитов и 10 минут

По оценке исследователя из PsiQuantum взлома 256-битного ключа на основе эллиптических кривых займет 10 минут с использованием 6000 модулей, в каждом из которых 1152 физических кубита (т.е. речь идет о системе с примерно 7 миллионами физических кубитов) — https://arxiv.org/abs/2306.08585. В основе рассмотрения фотонная платформа на основе интегральной оптики, использующая поверхностные коды коррекции ошибок. Несмотря на то, что квантовый компьютер с 7 миллионами кубитов это не вопрос сегодняшнего дня в квантовых вычислениях, появление таких исследований показывают актуальность “квантовой угрозы”. Появление таких исследований является важным аргументом на пути к внедрению постквантовой криптографии и квантового распределения ключей.