Квантовый компьютер стал на две секунды ближе к реальности

    Михаил Лукин из Российского квантового центра осуществил прорыв в постройке квантового компьютера. Ученые смогли достаточно долго сохранить данные в квантовой вычислительной системе — исследователи считают что мы стоим в одном шаге от создания реального квантового компьютера.

    Всего полгода назад Лукин рассказывал на своей лекции в Москве как еще далеки мы от создания вычислительных машин основанных на квантовых эффектах и вот сегодня из его лаборатории поступила новость опережающая свое время. Оказалось, что будущее уже на пороге.

    image
    Лекция в Digital October

    Под руководством Лукина группа ученых из Гарвардского университета смогла создать квантовые биты, хранящие информацию в течение примерно 2 секунд. Это примерно на 6 порядков дольше, чем в ходе предыдущих экспериментов. Отдельной особенностью созданного кубита стало то, что он способен работать при комнатной температуре.

    Квантовый бит (или кубит) — это наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. По мнению исследователей, гарвардский эксперимент сделал на шаг ближе квантовые вычислительные системы.

    Большинство существующих квантовых систем создаются на базе сложного и дорогого оборудования, включая установки, охлаждающие систему до абсолютного нуля (-273 по Цельсию). Группа ученых во главе с гарвардским профессором физики Михаилом Лукиным (Mikhail Lukin) использовала алмазы, выращенные в лабораторных условиях.

    "То, что нам удалось достичь в плане контроля, — поистине беспрецедентно, — прокомментировал Лукин. — Мы получили кубит при комнатной температуре. Мы смогли записать информацию в него и сохранить ее в течение относительно долгого времени. Мы полагаем, что данный эксперимент имеет лишь технические ограничения. То есть выглядит вполне реальной возможность продления периода существования кубита на часы. В этом случае становится возможным внедрение реальных квантовых вычислительных систем".

    Помимо квантовых компьютеров, Лукин предвидит создание квантовых платежных систем, которые используют квантовые биты для кодирования информации, и квантовых вычислительных сетей с новым уровнем защиты от вторжений.

    image
    Михаил Лукин, Георг Кукско и Кристиан Латта в своей лаборатории.

    "Данное исследование — важный шаг на пути к созданию практического квантового компьютера, — сказал Георг Кукско (Georg Kucsko), один из участников научной группы. — Мы впервые смогли создать простую систему с приемлемым для хранения данных временным интервалом".

    Основа для эксперимента была найдена командой Лукина несколько лет назад, когда ученые обнаружили, что находящиеся в выращенном в лабораторных условиях алмазе дефекты (азото-замещенные вакансии, NV-вакансии) обладают свойствами отдельных атомов, в частности, имеют спин. С помощью лазерной установки ученые научились управлять спином и узнавать его меняющуюся со временем поляризацию.

    Непосредственно данные ученые записывали в изотоп углерод-13, способный долго сохранять свое состояние. Однако с другой стороны изолированность является недостатком — потому что к нему трудно «подобраться». Ученые нашли гениальное решение: они смогли взаимодействовать с изотопом с помощью соседних примесей другого типа.

    В результате этого взаимодействия по состоянию NV-вакансии можно судить о состоянии атома углерода, и исследователи смогли кодировать бит информации в спин атома.

    Кодирование информации в спине атомов углерода-13 и ее чтение с помощью NV-вакансии — это лишь шаг на пути к квантовым компьютером. Прежде чем они станут практически полезными, исследователи должны определить, как воспользоваться квантовым свойством атомов: способностью существовать в двух состояниях одновременно.

    image
    Михаил на пальцах объясняет суть своей работы

    Способность находиться в двух состояниях одновременно является ключевым принципом квантовых компьютеров. В отличие от традиционных компьютеров, которые записывают биты информации в состояниях нуль или единица, квантовые компьютеры, используют свойства атомов, чтобы записывать два значения сразу.

    По замыслу, это свойство позволит им выполнять несколько вычислений параллельно, что сделает их значительно более мощными, чем традиционные компьютеры, которые выполняют операции в определенной последовательности.

    Руководитель научной группы, создавшей кубит, работающий при комнатной температуре, — выпускник МФТИ Михаил Лукин, профессор физики Гарвардского университета, содиректор Гарвардского центра квантовой оптики, содиректор Центра ультрахолодных атомов Гарварда-MIT. Участвует в международном консультативном совете Российского квантового центра, резидента Фонда «Сколково».

    Runa Capital

    55,00

    Компания

    Поделиться публикацией
    Комментарии 76
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        –1
        Группа ученых во главе с гарвардским профессором физики Михаилом Лукиным (Mikhail Lukin) использовала алмазы, выращенные в лабораторных условиях.

        «То, что нам удалось достичь в плане контроля, — поистине беспрецедентно, — прокомментировал Лукин. — Мы получили кубит при комнатной температуре.

        Мне это напомнило совсем другое, фантасты изображают компьютерную технику 'более развитых расс' на основе кристаллов, но точно не электромагнитные принципы.
          +1
          Это «зеленое свечение» и люди без защитных очков — грубое нарушение безопасности в лаборатории. Куда только Гарвард смотрит… :)
          Хотя я тоже не всегда очки надеваю. Они же фильтруют излучение — т.е. лазер просто не видно в очках. Работать с ним тогда немного проблематично…
          +13
          установки, охлаждающие систему до абсолютного нуля (-273 по Цельсию)

          чо?
            0
            Это что бы атомы не двигались :)
              +8
              и что, так-таки до абсолютного нуля охлаждают?
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                  +1
                    0
                    Ну да, уже почти без натяжки можно говорить об абсолютном нуле
                      +1
                      Не сказал бы. «Почти ноль» и «ноль» — две сильно разных вещи. Как получить первую всем понятно, как получить вторую — никто не знает. Это как разница элетросопротивления между, например, серебром при жидком азоте и сверхпроводником. Кстати сказать, электросопротивление — одна из немногих физических величин, которые человечеству удалось в абсолютный ноль загнать.
                      В общем, об абсолютном нуле температур нужно говорить с натяжкой все еще.
                        0
                        Не то чтобы это была прямо заслуга человечества :)
                          0
                          А все не заслуга человечества, а природа так устроена. Мы это только открываем потихоньку.
                          –2
                          Интересно, почему коммент заминусовали?
                          +1
                          Насколько я знаю, абсолютный ноль достичь невозможно теоретически.
                        +7
                        Если быть совсем уж точным, то обычно охлаждают не до самого ноля, а до температур позволяющих получить Конденсат Бозе — Эйнштейна. В таком состоянии атомы замирают и начинают вести себя как единое целое, в такой ситуации квантовые эффекты начинают проявляться на макроуровне.

                        Отсюда вывод — что бы кот шредингера существовал в реальности, если прийдется как следует охладить :)
                          +3
                          Не думаю, что они «замирают». Температура Бозей-Эйнштейновской конденсации все же значительно выше абсолютного нуля.

                          Но ниже этой температуры макроскопически большое количество атомов занимает нижний энергетический уровень и, пренебрегая остатком, система становится очень простой для описания — да хоть нелинейной версией уравнения Шредингера — уравнением Гросса-Питаевского. Ну и квантовые эффекты, конечно, — вроде джозефсоновских колебаний или солитонных структур.
                            0
                            Тут скорее охлаждают не для достижения БЭК, а чтобы избавиться от шумов. Просто, если в качестве кубита используется единственная частица, о конденсате говорить не приходится.
                          +1
                          При абсолютном нуле атомы не покоятся :)
                            0
                            Даже при абсолютном нуле вроде всё равно атомы немного колеблются, насколько помню из физики.
                            –1
                            Ализ… черт, привычка.
                            –7
                            *Скепсис* всё делают квантовый компьютер, делают, да никак не сделают.
                            Уже много слышал про «на шаг приблизились» и «почти готов», а проходят годы и ничего, по сути, рабочего так и нет…
                            И чем дальше, тем больше я разделяю точку зрения, что физики не особо способны этот проект воплотить в жизнь. Тут больше, пожалуй, снова должны пригодиться математики да проповедники уровня Фон Неймана да Тюринга.
                              +3
                              Насколько я понимаю, сами принципы уже вполне оформлены, а проблема чисто техническая, и здесь уже имеется существенный прогресс, если верить статье.
                                0
                                "Если вы говорите, что понимаете квантовую физику, то значит вы её не понимаете".

                                На самом деле, прослойка между квантовой физикой и практической реализацией очень размыта и вполне может быть плохо реализуема. Поэтому помимо желания физиков воплотить в жизнь свое детище должно быть хорошее понимание и прослойка, которая это позволит сделать.

                                Например хороший тому пример труды Максвела, которые широкое применение нашли после «расшифровки» Хэвисайдом.
                                  +1
                                  Понятно, что уровень «понимания» квантовой механики пока недостаточен для создания действительно работающего устройства. С другой стороны, этого уровня хватает ровно настолько, насколько продвинулись попытки на текущий момент. Главное то, что движение все-таки есть — но не все же сразу бывает :)
                                    +3
                                    Тут фишка в том что практика двигает теорию — пока бозон хиггса не нашли было непонятно какие теории верны, а какие не работают. Сейчас БАК показал в каком направлении двигаться. Так что у физиков вообще нет проблем — любой результат будет двигать их вперед. Другое дело что за каждый следующий результат нужно платить в тысячи раз больше.
                                +2
                                Скепсис оправданный, тем более что мало кто вообще понимает как устроен квантовый компьютер — но все же создание кубита живущего больше 2 секунд это серьезная заявка. Еще пол года назад такое казалось невозможным, а Лукин сделал это еще и при комнатной температуре.

                                От работающего кубита до квантового компьютера уже рукой подать — во всяком случае никаких приниципиальных проблем на этом пути не видно, нужно лишь решить технические проблемы. Ну кроме разве что фундаментальной загвоздки — не очень понятно как использовать квантовые пародоксы в вычислениях. Конечно все говорят о чудесных возможностях кубитов способных иметь сразу два значения, но вот как это чудо использовать на практике да еще и в связке с обычными компьютерами пока загадка.
                                  0
                                  Как использовать — вполне понятно. Хотя бы тот же алгоритм Шора.
                                  +10
                                  Ну первые разработки в области полупроводниковых транзисторов начались в начале 20 века, первый патент был получен в 1925, первая рабочая модель в 1947, а первая интегральная схема только 1960, хотя казалось бы что там сложного то с сегодняшней точки зрения, процессоры миллионами делают и в каждом миллиарды этих транзисторов.
                                  А идея квантового компьютера появилась только 1980 году. Так что ещё работать и работать, ничто новое не дается так просто.
                                    +1
                                    Я буду только рад, если создадут. Просто даже секундная жизнь кубита при нормальной температуре, как-то практического применения пока не имеет. Поэтому исходя из текущего состояния, похоже, нужно как минимум ещё столько же времени. Т.е. не 20 лет (уже), как было с полупроводниками.
                                      +4
                                      А миллисекундная жизнь бита в обычных DRAM модулях (включая все DDR*) тоже практического применения не имеет?
                                        –3
                                        Жизнь заряженного бита или жизнь ячейки? Подавая напряжение на нужную вам ячейку вы сохраняете её значение столько, сколь долго вы подаете напряжение. То, что они обновляются раз в н-миллисекунд — особенность реализации. Кубиты же сейчас при постоянно лазерной подкачке живут лишь 2с. И, насколько я понимаю, по истечении 2с уже нельзя сохранить значение как ни облучай.
                                          +1
                                          Решается избыточностью и перезаписью. Записываем каждый кубит информации n раз и постоянно перезаписываем с интервалом меньшим, чем время жизни.
                                          По сути не вижу особых проблем даже если бы он жил 0.1 секунды.
                                            0
                                            Не всё так просто. Чтобы перезаписать, нужно знать, что записывать, а считать квантовое состояние в общем случае невозможно (грубо говоря, кубит находится в смешанном состоянии нуля и единицы, но считать вы можете либо «0» либо «1»). Поэтому вычисление, в котором принимает участие кубит должно быть проведено в пределах времени его жизни.
                                  +5
                                  Рад за Михаила Лукина, особенно радует что он наш соотечественник. Почитал немного о нем, действительной очень умный человек.
                                    +1
                                    Михаил не только строит компьютеры но и занят организаторской работой в rqct.org — готовит кадры молодых ученых и курирует исследования. Не исключаю вероятности что усилия РКЦ первый квантовый компьютер построят именно в России.
                                      +2
                                      Да, изучение его работы начал именно с этого сайта. Тем более поражает эффективность его труда, что он находит время не только на исследовательскую деятельность. Молодец, побольше бы таких людей.
                                        +1
                                        Увы и ах, но таких людей много не бывает :(
                                          +1
                                          Может оно и к лучшему:) Интересно есть ли у него какая-нибудь более или менее оформленная биография, я бы с радостью почитал.
                                            +1
                                            Лукин вообще человек загадка — в интернете о нем данных кот наплакал, на ютубе всего три видео и те записи с лекций.
                                              +3
                                              Ну всяко больше чем о том же Перельмане.
                                        –1
                                        Даже если получится создать лабораторный вычислитель, то полноценный компьютер (или узел) не будет создан по одной простой причине — в стране нет технологического базиса и практически нет инженеров.
                                      +3
                                      Интересно что будет с существующими крипто-алгоритмами после изобретения реально работающего квантового компьютера?
                                        +1
                                        Их заменят на квантовые :)
                                          0
                                          Для этого надо сперва полностью вытеснить старые, неквантовые компьютеры
                                            +1
                                            А кто говорит о вытеснении? Квантовые компьютеры массово только как сопроцессоры могут идти. Они для других задач создаются
                                          0
                                          Ничего особо страшного для частных пользователей и мелкого бизнеса, по крайней мере — первые несколько лет (если не несколько десятков лет). Даже если он и будет ломать AES-256 за пару часов, то встанет вопрос — сколько стоит пара часов работы квантового компьютера и стоит ли эта информация таких денег.
                                          Так что паяльник никто в шкаф убирать не собирается =)
                                            0
                                            Эээээ? Мне казалось, что квантовый компьютер даёт возможность обнаружения перехвата сообщений, но никак не ломания шифра.
                                              0
                                              Может быть. Могу ошибаться, т.к. сильно в эту тему не втыкал. На сколько знаю, квантовые компьютеры дают большой прирост производительности, от этого и отталкивался.
                                                0
                                                Не совсем так, они могут параллельно обрабатывать большие массивы операций, например разложение на простые множетели при взломе шифров RSA. Разница между обычными компами и квантовыми видна наглядно:

                                                image
                                                  0
                                                  Т.е. выигрыш будет заметен при решении тех задач, которые хорошо распараллеливаются, а задачи, решаемые только последовательно (типа тех самых девяти женщин) будут решаться так же?
                                                    +2
                                                    Вопрос не о линейном приросте мощности и не о распараллеливании, а о решении специфических задач. Задач, чья сложность для классических компьютеров растёт экспоненциально с ростом объёма информации, а для квантового компьютера будет расти линейно (скажем, та же самая факторизация числа). То есть каким бы «медленным» ни был бы квантовый компьютер, при увеличении объёма задачи он рано или поздно обгонит классический.

                                                    Если не ошибаюсь, таких задач пока немного, но тут уж был бы инструмент, а применение ему найдут. Тот же лазер 50 лет назад был своего рода «игрушкой» для учёных.
                                                      0
                                                      Вот, теперь понял, что это дает. Не понятно, как это работает, но чувствую в этом серьезную физику =)
                                                      Спасибо за разъяснение.
                                                +1
                                                Есть вот такая штука чтобы ломать RSA ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC_%D0%A8%D0%BE%D1%80%D0%B0
                                                  0
                                                  Если брать алгоритм Шора, то ему банально не хватит точности для факторизации больших чисел. Там нужно считать sin(2^(-N)) в аналоговом виде, а потом вытаскивать N бит из фазы квантового состояния кубита. Реальный мир на такую точность не рассчитан.
                                              +2
                                              Будет примерно вот это
                                              en.wikipedia.org/wiki/Post-quantum_cryptography
                                                +2
                                                Сначала будет найден способ быстрого решения на КК сложных задач, на которых основывается современная криптография. То есть стойкие сегодня алгоритмы станут нестойкими.
                                                Это побудит к разработке новых криптоалгоритмов, работающих на КК.
                                                Это, в свою очередь, заставит вложить много денег в разработку методов их взлома на тех же КК.
                                                Все это вместе здорово продвинет вперед квантовую физику.

                                                Поэтому, да здравствует квантовая криптография.
                                                  0
                                                  Ну вот, писал-писал, а оказывается уже и ссылку дали.
                                                +5
                                                «Всего „пол года“. Следует уточнить — деревянный или мужской пол года
                                                  –1
                                                  Мужской конечно, разве бывают годы женскими? :)
                                                    +2
                                                    Год Свиньи, например =).
                                                  +3
                                                  Учитывая, что в динамической памяти данные хранятся много меньшее время, чем 2с (без перезаписи), то этого вполне хватает же.
                                                  +2
                                                  Знаю двух людей на диване – слева Анатолий Викторович Масалов, а через одного – Алексей Акимов, вел у меня на физтехе оптику, умнейший ученый, его лекции действительно вдохновляют заниматься наукой, но такие молодые люди в науке – большая редкость сейчас. Очень рад, что это открытие сделано выходцами из России, но не очень рад, что в США.
                                                    +4
                                                    Думаю все не так печально как вам представляется, просто физика перестала ютиться по национальным лабораториям и «размазалась» по всему миру. Например БАК строили десятки стран, а данные с него обрабатывают институты по всему миру — значительную их часть обрабатывают в России.

                                                    Сам Лукин работает в Российском Квантовом Центре и прямо сейчас сидит в его офисе на полянке.
                                                      0
                                                      Честно не слышал про это и как-то не уследил за созданием РКЦ. Что ж, раз там такие умы, то я надеюсь и желаю предприятию только успеха!
                                                    0
                                                    «Прежде чем они станут практически полезными, исследователи должны определить, как воспользоваться квантовым свойством атомов: способностью существовать в двух состояниях одновременно.»

                                                    Может быть уже начать определять?
                                                      +2
                                                      Объясните мне пожалуйста, кто-нибудь, тут речь идёт о том, что квантовые компьютеры только на подходе, а вот тут уже предлагают купить квантовый компьютер. Кому верить?
                                                        +1
                                                        С D-Wave ситуация странная. Есть продукт, вроде есть даже подтверждения, что он работает, но вот всенародного признания пока не наблюдается. Ну и ещё создатели признают, что это не универсальный квантовый компьютер.
                                                          0
                                                          Да он просто стоит как 10 самолетов (+ еще и обслуживание, там далеко не при комнатной температуре все работает), потому и нет всенародного признания.
                                                          Емнип, его только несколько очень крупных контор да вояки пока могли себе позволить (вроде Google или Lockheed Martin) для исследовательских целей.
                                                          +3
                                                          Я пытался разобраться в истории D-Wave, и пришёл к выводу (который сами D-Wave вскоре подтвердили), что DW-1 — это не квантовый компьютер, а «квантовое вычислительное устройство», такая специальная аналоговая машина. Она неуниверсальна как машина Тьюринга и поэтому не может называться компьютером, реализует ровно один алгоритм (квантовый алгоритм оптимизации отжигом), чего, тем не менее, достаточно для многих очень интересных применений и решения широкого круга задач (методами оптимизации решается всё, для чего можно построить Лагранжиан — то есть масса задач физики, химии, управления, численных методов и т.д. и т.п. Нейросети, например, можно делать =) ).
                                                          Кстати, ведущий инженер D-Wave — Павел Бунык — тоже москвич, из МГУ.
                                                            –1
                                                            А еще они используют для чего-то распределенные вычисления, не помню правда уже для чего.
                                                          –1
                                                          Содержание углерода-13 в природе составляет ~1.07%.
                                                          Они алмазы специально обогащают углеродом-13?
                                                            +1
                                                            Там нужно-то всего несколько атомов этого изотопа.
                                                            0
                                                            Написано, что алмазы искусственно выращенны. Так что какого углерода напихают, такой и будет.
                                                              +3
                                                              Многие видят в них сумасшедших, но мы видим гениев.

                                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                              Самое читаемое