Как стать автором
Поиск
Написать публикацию
Обновить
13.72

Квантовые технологии

Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё

Сначала показывать
Порог рейтинга
Уровень сложности

Еще раз о сфере Блоха и, возможно, ее неправильном изображении в википедии, некоторых сайтах, книгах и статьях

Время на прочтение9 мин
Количество просмотров6.3K

Ранее мной на хабре была опубликовна статья в которой приводились интерактивные программы визуализирующие в браузере эксперимент Штерна-Герлаха, кваннтовый спин, сферу Блоха и вращения квантового спина.

Примерно через две недели я опубликовал еще одну статью. В этой статье я высказал свое недоумение по поводу изображения сферы Блоха в википедии, на большинстве сайтов, статьях и в книгах. Прочитав немногочисленные комментарии к этой последней статье на хабре я решил более развернуто пояснить свою позицию.

Может появиться вопрос почему меня заинтересовало, на мой взгляд, это неправильное изображение. Ответ заключается в том, что всякий раз как я его видел, мне казалось, что я неправильно пониманию математику описывающую спин электрона. Я просмотрел множество сайтов, статей в интернете и книг (в подавляющем числе англоязычных) и хотя и не во всех, но в большинстве из них я видел это, мягко говоря, странное изображение вектора квантового состояния |ψ〉 на сфере Блоха. Это отняло у меня большое количество времени и замедлило понимание математики, которая лежит в основе описания квантового спина электрона. Но только когда я сделал свои программы визуализации и численные результаты, отображаемые в этих программах, оказались полностью совпадающими с численными результатами полученными другими людьми, я понял, что по всей видимости прав в своем неприятии этого изображения (например можете посмотреть программу сделанную для отображения сферы Блоха в University of St Andrews Bloch sphere.)

Читать далее

Квантовые компьютеры: без математики и философии

Время на прочтение13 мин
Количество просмотров35K

В этой статье я разберу по косточкам все тайны квантовых компьютеров: что такое суперпозиция (бесполезна) и запутанность (интересный эффект), могут ли они заменить обычные компьютеры (нет) и могут ли они взломать RSA (нет). При этом я не буду упоминать волновую функцию и столь раздражающих Bob и Alice, которых вы могли встречать в других статьях про квантовые машины.

Первое и самое главное, что нужно знать - квантовые компьютеры не имеют ничего общего с обычными. Квантовые компьютеры по своей природе - аналоговые, там нет бинарных операций. Вероятно, вы уже слышали про Кубиты, что у них есть состояние 0, 1 и 0-1 одновременно, и благодаря этому вычисления выполняются очень быстро: это заблуждение. Кубит - это магнит (обычно атом или электрон), подвешенный в пространстве, который может вращаться по всем трем осям. Собственно, вращение магнита в пространстве - это и есть операции квантового компьютера. Почему это может ускорить вычисления? Было очень сложно найти ответ, но самые стойкие читатели увидят его в конце статьи. Начнем разоблачения.

Читать далее

Что не так с изображением сферы Блоха в википедии, на многих сайтах и статьях

Время на прочтение2 мин
Количество просмотров5.8K

Недавно я опубликовал на HABR'е статью про визуализацию кваннтового спина и сферы Блоха. После некоторых размышлений решил опубликовать в дополнении к этой статье следующий текст.


Читать далее

Почему оксфордский физик считает, что квантовые вычисления — это большой пузырь

Время на прочтение9 мин
Количество просмотров46K


Никита Гурьянов — физик из Оксфордского университета, занимающийся вычислительной квантовой физикой. В конце августа он ворвался на Financial Times со статьей, критикующий индустрию квантовых вычислений, сравнив «фанфары» вокруг этой технологии с раздувающимся финансовым пузырем. Он предупреждает, что люди, особенно в сфере высоких технологий, в последние годы стали чересчур оптимистично смотреть на перспективы квантовых вычислений. И что здесь сейчас куда больше дыма, чем огня.

Читать дальше →

Квантовая запутанность глазами хакера. Часть 2

Время на прочтение7 мин
Количество просмотров6.9K

Данный пост является продолжением ранее опубликованного поста «Квантовая запутанность глазами хакера. Часть 1», где рассматривались теоретические трудности, не позволяющие построить коммуникацию с использованием квантовой запутанности. В ходе анализа экспериментальных схем были сформированы важные выводы, которые играют ключевую роль для понимания существующих ограничений и построения методов их решения. Поэтому, настоятельно рекомендую ознакомиться с первой частью данного поста, если вы этого еще не сделали. В этой части мы вплотную перейдем к практической части наших исследований.
Читать дальше →

Квантовая запутанность глазами хакера. Часть 1

Время на прочтение12 мин
Количество просмотров21K

Квантовая запутанность, изначально предсказанная в совместной работе Эйнштейна, Подольского и Розена, подразумевает взаимозависимость квантовых состояний двух или большего числа объектов. Такая взаимозависимость может сохраняться, даже если эти объекты разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий. Хотя Эйнштейн не рассматривал ЭПР-парадокс как описание какого-либо физического феномена, последующие эксперименты подтвердили существование запутанных состояний в реальном мире. Установлено, что корреляция запутанных пар происходит со скоростью, существенно превосходящий скорость света в вакууме. Вероятно, использование запутанных состояний позволило бы мгновенно передавать информацию на любые расстояния. Однако физики сходятся во мнении, что квантовая запутанность не может использоваться для передачи информации.

Квантовый мир словно использует надежную защиту, чтобы оставить в тайне свои секреты. Но любая защита — это лишь генератор ошибок перед правильным кодом. Как мы знаем, решением, казалось бы «невозможных задач» лучше всего справляются люди, обладающие нестандартным мышлением и творческим подходом. Поэтому, предлагаю рассмотреть способы решения данной задачи с точки зрения специалиста по информационной безопасности, вплотную опираясь на результаты реальных экспериментов. Каждый эксперимент шаг за шагом раскроет небольшие детали, которые позволят двигаться дальше в нужном направлении. Мы залезем в дебри квантовой механики и приоткроем завесу тайны, экспериментально показав «баги и фичи» не описанные в учебниках. В результате нам удастся провести ряд практических экспериментов во второй части данного поста, позволяющих получить уникальные результаты. Постараемся разобраться с алгоритмами квантового мира и подобрать правильные ключи к тайнам этого удивительного мира.
Читать дальше →

Квантовый компьютер: технология будущего, которой мы пока не умеем пользоваться

Время на прочтение7 мин
Количество просмотров15K

Привет, Хабр! Меня зовут Андрей Тотмаков, я технический директор Platforma. И сегодня я хочу рассказать о крайне странном устройстве, которое выходит за рамки понимания обычного человека.

Да, я говорю о квантовом компьютере. Постараюсь объяснить простым языком, как он работает сейчас и для решения каких задач его можно будет использовать в будущем. Поехали!

Читать далее

Новая фаза материи открывает портал во второе измерение времени

Время на прочтение6 мин
Количество просмотров12K

Физики разработали метод коррекции ошибок, способный существенно повысить производительность квантовых компьютеров. Статья с описанием экспериментов опубликована в Nature 20 июля. Подробности — к старту флагманского курса по Data Science.

Читать далее

Постквантовая криптография как новый стандарт

Время на прочтение4 мин
Количество просмотров3.3K

Недавно NIST опубликовал итоги конкурса по разработке алгоритмов постквантовой криптографии. Были отобраны четыре алгоритма, из которых три относятся к схемам электронной подписи и один — к схемам инкапсуляции ключа. Вместе с нашими экспертами-криптографами разбираемся, какой вклад в развитие постквантовой криптографии могут внести эти алгоритмы, а также напоминаем про аналогичные российские разработки в этой области.

Читать далее

Что там с квантово-устойчивой криптографией

Время на прочтение4 мин
Количество просмотров7.8K

В начале июля институт NIST одобрил четыре защищенных алгоритма. В блоге T1 Cloud мы рассказываем про облачные технологии, разработку и информационную безопасность. Поэтому сегодня мы решили подробнее поговорить о новых алгоритмах — обсудить принципы работы, мнение сообщества и перспективы внедрения таких систем на практике.

Читать далее

Как это устроено: атомные часы

Время на прочтение22 мин
Количество просмотров77K

Привет Хабр! Сегодня у нас выходит статья в Nature Physics, в которой мы рассказываем про один интересный апгрейд для атомных часов. А нашу предыдущую работу по этой теме — в тот раз в самом Nature — даже упоминали пару раз на Хабре. Но то ли наш пресс-релиз оказался слишком сложным, то ли тема слишком специфичной, короче говоря, я из тех заметок вряд ли бы что-либо понял. Поэтому сегодня попробую простым языком рассказать про то, как устроены атомные часы и что интересного нас ждет в ближайшем будущем.



Оптические атомные часы в университете Токио. Credit: H. Katori

Читать дальше →

Фундамент квантового интернета: телепортация кубита

Время на прочтение11 мин
Количество просмотров6.2K


Интернет сейчас и интернет двадцать лет тому назад хоть и обладают общими чертами, но все же различны. То же самое можно сказать и любой другой технологии, которая продолжала совершенствоваться из года в год. Мы уже не пользуемся дискетами для хранения данных и не загружаем сайты по несколько минут через dial-up. Но, как говорится, нет пределу совершенства. Ученым из Делфтского технического университета (Нидерланды) удалось телепортировать кубит, что может стать основой для будущего квантового интернета. Как именно была реализована телепортация, где она была выполнена, и как именно это можно использовать для построения квантовых сетей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.
Читать дальше →

Близкое будущее квантового компьютера в наивных вопросах и ответах

Время на прочтение12 мин
Количество просмотров22K

В сфере создания квантовых компьютеров в 2023 году может произойти сразу несколько значимых событий. Ожидается, что именно в этом году появится первая коммерческая модель квантового компьютера, а также будет практически завершена работа над первым российским квантовым компьютером на ионах. Будет ли это означать уверенное достижение квантового превосходства, о котором уже заявили в Google, большой вопрос. В гонке за кубитами участвуют сразу несколько стран, но победителя в этом научном и техническом соревновании может не оказаться. Несмотря на все успехи, наука очень далека от создания по-настоящему массовых квантовых вычислительных технологий. Мы собрали несколько наивных вопросов на этот счет и попросили ответить на них научного консультанта Artezio, доктора технических наук, профессора по кафедре прикладной математики и информатики Владимира Крылова.

Читать далее

Ближайшие события

Новая архитектура квантового процессора на кудитах: что это и где может применяться

Время на прочтение4 мин
Количество просмотров15K

Пару дней назад на Хабре появилась новость о том, что российские ученые получили патент на новую архитектуру квантового процессора. В новости говорилось о том, что в конце 2021 года коллектив ученых из Российского квантового центра разработал прототип компьютера с системой из 4 кубитов. При этом число ионов удалось оставить прежним.

Эта разработка довольно важная, так что о ней стоит рассказать подробнее. Все самое интересное, как всегда — под катом.
Читать дальше →

Просто космос! Главные молекулы Вселенной сквозь призму квантовой химии

Время на прочтение18 мин
Количество просмотров9.5K

Самые распространённые элементы во Вселенной -- это водород и гелий, поэтому молекулы, которые формируются из них -- это самые главные (в количественном соотношении) молекулы для всей вселенской астрохимии. В этом посте мы взглянем на них с точки зрения квантовой химии. Всем, кому не безразличны электроны и их жизнь, велком под кат :)

Это просто космос!

Книга «Танец с кубитами. Как на самом деле работают квантовые вычисления»

Время на прочтение9 мин
Количество просмотров9.7K
image Привет, Хаброжители! От создателя IBM Q. Квантовые вычисления заставляют нас изменить отношение к компьютерам. Кубиты способны решать задачи, которые еще совсем недавно казались неразрешимыми. Вы узнаете о принципиальных различиях между квантовыми и классическими вычислениями, вспомните матанализ, чтобы разобраться с такими понятиями, как суперпозиция, запутанность и интерференция, от алгоритмов и схем перейдете к физическим и техническим идеям, лежащим в основе создания железа для квантовых вычислений. Загляните в будущее и узнайте, как развитие технологий повлияет на нашу жизнь!

Прежде чем мы попробуем разобраться в том, как работают квантовые вычисления, придется обратиться к классике. И это нужно не только для сравнения. Я полагаю, что будущее — за гибридами классических и квантовых компьютеров.

Лучший способ усвоить что-то — начать с базовых принципов, а затем двигаться по восходящей. Это позволит вам самостоятельно рассуждать об осваиваемой теме, не полагаясь на механическое запоминание или ошибочные аналогии.
Читать дальше →

Планковские единицы: существует ли фундаментальный предел пространства и времени?

Время на прочтение10 мин
Количество просмотров52K

По поводу планковского масштаба в научно-популярных материалах творится большая путаница. Здесь сказывается основная проблема поп-физики: гуляя от дилетанта к дилетанту, суть вопроса деградирует с каждой итерацией. Выглядит это примерно так:

  • Учёный в интервью оговаривается, что «длина Планка — это минимальное значимое расстояние», что является сильным упрощением.
  • Журналисты и популисты передают фразу дальше, пока она не деформируется в «длина Планка — это как размер пикселя для Вселенной», что неверно.
  • Учёные замечают ошибку и начинают поправлять, чтобы устранить недоразумение: «Планковская длина не похожа на размер пикселя для Вселенной. Это как раз тот масштаб, где квантовая гравитация становится актуальной». Что, безусловно, правильно, но…
  • Научпоп пережёвывает это, пока понятие не трансформируется в «планковская длина никогда не была минимальным расстоянием, это заблуждение. Это просто масштаб, на котором наши нынешние теории разрушаются, и ничто не указывает на то, что мы не можем достичь меньших масштабов». Это звучит разумно, но неверно.

Так что будет полезным разобраться, откуда все-таки следуют эти единицы и, собственно, для чего они задают предел.
Читать дальше →

Ученые пытаются «заглянуть» в черную дыру

Время на прочтение5 мин
Количество просмотров11K

Энрико Ринальди, физик-исследователь из Мичиганского университета, использует квантовые вычисления и глубокое обучение для решения квантовых матричных моделей, которые могут описать гравитацию внутри черной дыры. Эти два метода моделирования проиллюстрированы изображением выше. Глубокое обучение представлено в виде графов из точек (нейронная сеть), а квантовая цепь в виде линий, квадратов и кругов (кубиты и вентили). Эти модели сливаются с каждой стороной искривленного пространства-времени, отражая тот факт, что из них возникают свойства гравитации. В данный момент Ринальди трудится в лаборатории теоретической квантовой физики при Институте физико-химических исследований RIKEN в Токио.
Читать дальше →

Разнообразие квантовых технологий: вычисления, сети, криптография, сенсорика

Время на прочтение13 мин
Количество просмотров12K

Говоря про квантовые технологии, чаще всего мы подразумеваем квантовые компьютеры. Однако сфера применения квантовых технологий гораздо шире. Например, уже протянуты многие тысячи километров квантовых сетей, несколько компаний заняты разработкой постквантовых алгоритмов шифрования, тестируются квантовые сенсоры для биомедицинских приложений

В День российской науки вспоминаем Tech Science Meetup от SuperJob, на котором руководитель научной группы Российского квантового центра, профессор МФТИ Алексей Федоров рассказал о том, что представляют собой квантовые компьютеры, об их светлой и темной сторонах и какую роль сейчас играют квантовые технологии в сфере ИТ.

Читать далее

Синтетические измерения. За 4D-реальностью

Время на прочтение8 мин
Количество просмотров16K
image

– Это научная фантазия, о которой слышали многие из нас, – проговорил советник по сельскому хозяйству. – Но разве её можно сделать реальностью? Я знаю, что наши физики уже научились манипулировать девятью из одиннадцати измерений микромира, но мы так пока и не представляем себе, с помощью какого пинцета можно встроить в протон интегральные схемы из макромира.
– Разумеется, это невозможно. Изготовить микроинтегральные схемы можно только в макромасштабе и только на макроскопической двумерной плоскости. А это значит, что мы должны развернуть протон в два измерения.
– Развернуть девятимерную структуру в два измерения? Какая же у нее тогда будет площадь?!
– Очень большая, – улыбнулся советник по науке. – Погодите немного и сами увидите.


"Задача трёх тел" (Лю Цы Синь)

Люди воспринимают пространство-время в четырёх привычных измерениях: три пространственных (глубина, ширина и длина) плюс время. В то время как большинство моделей Вселенной демонстрируют, что вся материя существует в пределах этих параметров, многие теории предполагают, что могут существовать всевозможные скрытые высшие измерения, которые скрыты за пределами нашего понимания.

Хотя человек не смог освободиться от своего четырехмерного опыта, учёные неплохо справляются с моделированием дополнительных измерений путем создания так называемых «синтетических измерений». Эти тривиальные экспериментальные концепции дают возможность имитировать виды более высоких измерений, исследуемых в некоторых моделях Вселенной, с использованием материалов более низких измерений, существующих в реальном мире.


Эннеракт (девятимерный гиперкуб)
Читать дальше →