Квантовые технологии

В статье я использовал:
отрывки из видео: www.youtube.com/watch?v=kTXTPe3wahc
часть с уравнением из статьи Многомировая интерпретация квантовой механики
Книгу «Гиперпространство: Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение» – Митио Каку
Книгу «Начало бесконечности» – Дэвид Дойч

Из-за того, что квантовую физику нельзя полностью наблюдать и проводить эксперименты по всем возникающим вопросам, ученые делятся на несколько лагерей относительно мироустройства вселенной. Многомировая интерпретация является одной ведущих многомировых гипотез в физике и философии, наряду с копенгагенской интерпретацией и интерпретацией согласованных хронологий.

В классической физике все просто: есть пространство и время, есть материя, находящаяся в этом пространстве, есть параметры системы (как импульс или положение), и есть законы физики, которые описывают изменение этих параметров. Если точно знать начальное состояние системы, можно предсказать ее поведение в будущем с абсолютной точностью.

В квантовой физике все не так. Тут систему описывает волновая функция. Она определяет вероятность измерить систему в определенном состоянии (например, определенную координату или импульс). До измерения нельзя сказать, что система обладает определенным моментом, она обладает только волновой функцией.



Но проблема в том, что квантовая механика не позволяет увидеть волновую функцию частицы.

Привет, Хаброжители! Квантовые компьютеры спровоцировали новую компьютерную революцию, и у вас есть прекрасный шанс присоединиться к технологическому прорыву прямо сейчас. Разработчики, специалисты по компьютерной графике и начинающие айтишники найдут в этой книге практическую информацию по квантовым вычислениям, нужную программистам. Вместо штудирования теории и формул вы сразу займетесь конкретными задачами, демонстрирующими уникальные возможности квантовой технологии.

Эрик Джонстон, Ник Хэрриган и Мерседес Химено-Сеговиа помогают развить необходимые навыки и интуицию, а также освоить инструментарий, необходимый для создания квантовых приложений. Вы поймете, на что способны квантовые компьютеры и как это применить в реальной жизни. Книга состоит из трех частей: — Программирование QPU: основные концепции программирования квантовых процессоров, выполнение операций с кубитами и квантовая телепортация. — Примитивы QPU: алгоритмические примитивы и методы, усиление амплитуды, квантовое преобразование Фурье и оценка фазы. — Практика QPU: решение конкретных задач с помощью примитивов QPU, методы квантового поиска и алгоритм разложения Шора.

«Если вам кажется, что вы понимаете квантовую теорию… то вы не понимаете квантовую теорию.» — Фейнман Р., лекции «Характер физических законов» (1964), гл. 6.

Это и подобные высказывания о непостижимости законов квантовой механики всегда раздражали меня. Корпускулярно-волновой дуализм, свойства квантовых частиц вести себя как волны и как частицы — неужели нельзя их понять наглядно, увидеть не как поведение математических решений, а воочию? В этом обзоре я представлю результаты, оспаривающие этот мистицизм.

Формат RFC существует с 1969 года — его представили во время обсуждения ARPANET. Тогда инженер Стив Крокер написал RFC 1 о работе программного обеспечения хоста.

С тех пор прошло более 50 лет, но Request for Comments все еще в ходу — опубликовано ~9 тыс. документов по сетевым протоколам, моделям хранения данных и алгоритмам шифрования.

В этом многообразии встречаются RFC, у которых нет практического применения. Их написали по большей части ради шутки. Сегодня расскажем о некоторых находках из этой области.

В 1950-х годах аспирант Массачусетского технологического института убеждал инженеров создавать компьютеры с использованием сверхпроводящих магнитных переключателей вместо ламп или транзисторов.

Изобретение Бака пережило творца. Более того, оно живо и по сей день: криотрон лежит в основе проектов IBM по созданию сверхпроводящих кубитов.

Тем не менее, десятилетия работы над криотроном затерялись на страницах истории компьютеростроения. Многие современные инженеры даже не слышали об этой технологии. Давайте поговорим о работе Бака и его ныне забытом криотронном компьютере.

Мы измерили вибрации маленького маятника на уровне одного нанометра. А потом засунули его в холодильник и охладили его до -250°C. А потом использовали квантовые корреляции, чтобы уменьшить шумы в системе и получше наблюдать сигнал.



Квантовые технологии помогают нам в самых разных областях. Например, когда нам нужно измерить очень слабый сигнал, а квантовые шумы в системе очень мешают. Это традиционная проблема, например, в гравитационно-волновых детекторах, в которых квантовые флуктуации в амплитуде и фазе лазера, используемого для измерения положения зеркал, мешают наблюдению гравитационных волн. Я об этом рассказывал в своей статье про детектор Einstein Telescope, который появится в Европе в недалеком будущем.

У нас в эксперименте получился маленький прототип этого детектора. Наша статья об этом эксперименте была опубликована в Physical Review Letters,
а препринт тут: Squeezed-light interferometry on a cryogenically-cooled micro-mechanical membrane.

Квантовые компьютеры по определению могут решать множество задач экспоненциально быстрее, чем классические компьютеры. Нужно признать, что мы еще не достигли появления полезных квантовых вычислений, но когда мы сможем решить эту проблему, то извлеченная польза затронет почти все научные дисциплины. В этом обзоре мы рассмотрим, как современные квантовые алгоритмы могут сделать революцию в вычислительной биологии и биоинформатике.

От способности обрабатывать огромные объемы информации и намного эффективнее использовать алгоритмы машинного обучения, до алгоритмов квантового моделирования, которые могут улучшить вычисления (как по качественным, так и по количественным показателям) для дизайна новых лекарств, предсказания структуры белка, анализа различных процессов в биологическом организме и т.д. Эти захватывающие ум перспективы подвержены сегодня излишнему инфо хайпу, а значит важно обозначить предостережения и проблемы в этой новой технологии.

Предупреждение: в основе обзора статья группы европейских исследователей из Великобритании и Швейцарии (Carlos Outeiral, Martin Strahm, Jiye Shi, Garrett M. Morris, Simon C. Benjamin, Charlotte M. Deane. «The prospects of quantum computing in computational molecular biology», WIREs Computational Molecular Science published by Wiley Periodicals LLC, 2020). Самые сложные части статьи, связанные с изощренными математическими моделями не попадут в обзор. Но материал изначально сложный, от читателя требуются знания математики и квантовой физики.

Но если вы намерены начать изучать применение квантовых технологий в биоинформатике, то для того чтобы сначала въехать в тему, предлагается послушать небольшой доклад Виктора Соколова – старшего научного сотрудника M&S Decisions, в котором обозначаются некоторые современные проблемы моделирования лекарств:

Статья посвящена обзору достижений и планируемым исследованиям квантовых возможностей зрительной системы человек в продолжении темы затронутой в этой публикации. Исследования носят существенно междисциплинарный характер на стыке квантовой физики и когнитивной науки. Переведена с несущественными сокращениями, и снабжена автором перевода дополнительными материалами и комментариями по теме, имеющими самостоятельное значение.

КДПВ с просторов сети.

1. Введение

Специалисты по квантовой оптике уже давно интересуются зрительной системой человека, которая, вероятно, чувствительна к одиночным фотонам. Ранние эксперименты были ограничены некогерентностью излучения классических источников света, но эпоха настоящих однофотонных источников и настраиваемой статистики фотонов открыла новые области исследований, включая измерение квантовой эффективности палочек — сумеричных фоторецепторов глаз (около 33%) [1], и измерение статистики фотонов от различных источников света, в которых палочки используются в качестве сенсоров [2]. Недавний эксперимент предоставил лучшее доказательство того, что зрительная система может обнаружить один фотон [3], а в другом исследовали временную суммацию в зрительной системе для нескольких фотонов [4]. Эти достижения в исследовании однофотонного зрения предоставляют уникальную возможность изучения квантовых эффектов с помощью зрительной системы, включая суперпозицию и запутывание. В этой статье делается краткий обзор предыдущих исследований однофотонного зрения и текущих возможностей, а также предлагаются два эксперимента, для изучения восприятия состояния суперпозиции, и использования человека-наблюдателя в качестве детектора в тесте Белла.

В третьем выпуске принял участие Антон Козубов, руководитель теоретической группы лаборатории квантовых процессов и измерений. Мы обсудили его работу и специфику отрасли.

Аудиоверсия: Apple Podcasts · Яндекс.Музыка · PodFM · Google Podcasts · YouTube.

Симуляторы — это особенно универсальная особенность QDK. Они позволяют вам выполнять различные задачи в программе на Q#, не меняя ее. Такие задачи включают симуляцию полного состояния, оценку ресурса или симуляцию трассировки. Новый интерфейс IQuantumProcessor позволяет очень легко создавать собственные симуляторы и интегрировать их в свои проекты на Q#.

Этот пост является первым в серии, посвященной этому интерфейсу. Мы начнем с реализации обратимого симулятора в качестве первого примера, который мы расширим в будущих публикациях в блоге. Обратимый симулятор может моделировать квантовые программы, которые состоят только из классических операций: X, CNOT, CCNOT (Toffoli gate) или произвольно управляемых X-операций. Поскольку обратимый симулятор может представлять квантовое состояние, присваивая одно булево значение каждому кубиту, он может запускать даже квантовые программы, состоящие из тысяч кубитов. Этот симулятор очень полезен для тестирования квантовых операций, которые оценивают булевы функции.

Сегодня мы расскажем, что изучают магистры и чем занимаются выпускники факультета. Также поговорим об их знаковых работах вроде гиперболических плазмон-поляритонов.

Сегодня любой желающий может воспользоваться методами квантового программирования, написать простой код на Python и запустить его на реальном квантовом вычислителе. Ришат Ибрагимов rishat_ibrahimov разобрал основы квантовых вычислений на примерах с кодом, показал, как запускать программы на локальном симуляторе и удаленном квантовом компьютере.


— Всем привет, меня зовут Ришат. Я почти три года работаю над качеством поиска Яндекса. Но поговорить сегодня хочу не о работе, а о том, чем я занимаюсь в свободное время. Занимаюсь я квантовой информатикой, а на самом деле — самыми разными моделями вычислений, в том числе квантовыми.

Предпосылки появления ИИ, превосходящего мозг человека:

• закон Мура для квантовых компьютеров;
• появление языков программирования для квантовых компьютеров;
• квантовый компьютер похож на работу интуиции, воли и сознания человека — почти мгновенный перебор всех возможных вариантов решения задачи и выбор оптимального ответа;
• запрет клонирования квантовых состояний аналогичен невозможности клонировать наше сознание;
• квантовый ИИ должен дополнять классический ИИ, также как в мозге человека различные его структуры работают как единый механизм;
• любой классический ИИ обучается решению только одной задачи и работает эффективнее человека только в узком сегменте деятельности. Так например, обученная модель ИИ лучше играет в шахматы, но при этом не способна делать что-либо другое. Квантовый ИИ должен тиражировать подходы к решению различных типов задач, ускоряя процесс обучения новой задачи.

Российские и зарубежные эксперты в прямом эфире обсудят трансформацию в сфере образования и поиск специалистов профессий будущего на примере квантовых технологий. Российский квантовый центр, Фонд Росконгресс и Госкорпорация «Росатом» анонсируют пятую международную онлайн-дискуссию в рамках проекта «Квант будущего».

Это — третий выпуск нашего нового подкаста. В нем принял участие Антон Козубов, руководитель теоретической группы лаборатории квантовых процессов и измерений Университета ИТМО. Мы обсудили его работу, проекты и специфику отрасли. Послушать можно здесь:

>> Apple Podcasts

>> Яндекс.Музыка

>> Плеер на Podfm

В приложении к статье путь частицы предоставлены вырезанные материалы: интегралы по траекториям, двухщелевой эксперимент на холодных атомах неона, кадры телепортации частиц и прочие сцены жестокости и сексуального характера.

Как так вышло, что одна из самых практичных и интуитивно понятных интерпретаций квантовой механики стала маргинальной? Всё довольно прозаично: предрассудки, конформизм и коммунисты...

Российский квантовый центр, Фонд Росконгресс и Госкорпорация «Росатом» анонсируют третью международную онлайн-дискуссию в рамках проекта «Квант будущего». 18 июня в 17:00 по московскому времени на сайте и официальном YouTube-канале Фонда Росконгресс состоится третья дискуссия «Могут ли квантовые технологии подарить нам бессмертие?»

В середине прошлого века при моделировании физических систем возникла концепция клеточных автоматов, порождающих удивительное многообразие из простых правил. Совершенно естественен соблазн обобщить подобными структурами фундаментальные законы природы. И, казалось бы, нарушение неравенств Белла закрыло подобным моделям путь в квантовую механику. Но только если не брать во внимание одну лазейку...

Достигла компания Google квантового превосходства, или нет – это зависит от точки зрения

Теоретически квантовые компьютеры могут оказаться мощнее любого классического суперкомпьютера. Учёные пытаются подсчитать, что понадобится квантовым компьютерам для достижения т.н. «квантового превосходства», и на самом ли деле компания Google достигла этого превосходства, как она заявила в прошлом году.

Классические компьютеры для обозначения данных в виде нулей и единиц включают и выключают транзисторы. Квантовые компьютеры используют квантовые биты – кубиты, которые, благодаря странной природе квантовой физики, могут находиться в состоянии суперпозиции, одновременно обозначая и 1 и 0.

Суперпозиция позволяет одному кубиту выполнять два вычисления одновременно, а когда два кубита связаны друг с другом посредством такого квантового эффекта, как запутанность, они могут выполнять уже 2², то есть 4 вычисления одновременно; три кубита способны на 2³, или восемь вычислений; и так далее. В принципе, квантовый компьютер с 300 кубитами смог бы выполнять столько вычислений одновременно, что их количество превзошло бы количество имеющихся во Вселенной атомов.