Квантовые технологии

Всем привет!

Примерно в течение последнего полугода издательство активно прорабатывает тему квантовых вычислений и их практической применимости. Долго не удавалось найти достойную статью для перевода по этой интереснейшей теме, пока такая статья не появилась в блоге Oracle. Публикация послужит отличным введением и в программные, и в аппаратные, и в сугубо естественнонаучные проблемы этой новой парадигмы, поэтому — читать обязательно.

Ранее мы показывали наш фаблаб и лабораторию киберфизических систем. Сегодня вы сможете посмотреть на оптическую лабораторию физико-технического факультета Университета ИТМО.

Один из первых квантовых симуляторов продемонстрировал загадочное явление: ряд атомов, который периодически возвращается к упорядоченному состоянию. Физики наперегонки пытаются объяснить происходящее.

Тающее мороженое не подвержено спонтанному замерзанию. Однако один из квантовых симуляторов постоянно возвращается в упорядоченное состояние после достижения системой равновесия.

Пройдёт достаточно времени, и даже в самой прибранной комнате возникнет беспорядок. Одежда, книги и бумаги покинут своё упорядоченное состояние и рассеются по полу. И, что раздражает, эта тенденция к беспорядку отражает закон природы: беспорядок стремится расти.

Если, к примеру, вы вскроете баллон аквалангиста под давлением, молекулы воздуха внутри него вылетят наружу и разлетятся по комнате. Поместите кубик льда в горячую воду, и молекулы воды, замёрзшие в упорядоченной кристаллической решётке, разорвут свои связи и рассредоточатся. При смешивании и распределении система стремится к равновесию с окружающей средой, что называется термализацией.

Квантовое самоубийство мне не нравится. Мне вообще не нравятся всякие там убийства-самоубийства. А вот полмиллиона долларов «из ничего» я бы заполучил в собственность охотно. А Вы?..

Весна в самом разгаре, последний снег практически везде растаял и воцарилось долгожданное тепло. Теплолюбивые люди наконец-то начинают снимать с себя вязаные свитера, шарфы и шапки, а моржи уже вовсю разгуливают в шортах и майках. Тем временем в одной из лабораторий университета Вены царит собачий холод и ученые тому чрезвычайно рады, ибо по-другому исследовать квантовые эффекты наночастиц крайне сложно. Если без литературных оборотов, то сегодня мы познакомимся с практическим испытанием нового метода охлаждения левитирующей наночастицы посредством ловушки из оптического резонатора. Зачем и как ученые заморозили наночастицу практически до абсолютного нуля, насколько действенен их метод и что он может привнести в изучение квантовых эффектов? Ответы на эти и другие вопросы мы найдем в докладе исследовательской группы. Поехали.

Переосмыслить концепцию задачи тяжело, но результат стоит того

Примечание автора: я знаю, что неправильно вычислил перенос Брэгга как в классическом, так и в квантовом случае; однако, это достаточно близко к правде для того, чтобы понять разницу между программированием классического и квантового компьютера.

Время: где-то в 2018 году. Место: тухлый канал в Слаке.

«Ты знаешь Python?»

Вопросы Джона Тиммера, научного директора Ars Technica, иногда могут застать врасплох. Если бы в Слаке можно было пропитывать буквы осторожностью, то мой ответ «Да» просто сочился бы ею.

Оказывается, что D-Wave решила дать всему миру доступ к своему квантовому оптимизатору через API. Ars пригласили его опробовать, но нужно было знать Python. Я был готов на это.

Эксперты по кибербезопасности годами били тревогу: хакеры присматриваются к электрической сети США. И эта угроза не гипотетическая – группа лиц, якобы связанных с российским правительством, получила удалённый доступ к компьютерам энергетических компаний – так, по крайней мере, сообщили из Министерства внутренней безопасности в прошлом марте. В некоторых случаях хакеры могут даже напрямую отправлять команды оборудованию, то есть, отключить электричество в домах потребителей. Чтобы защититься от хакеров, электростанциям нужно обеспечить лучшую безопасность.

Одна группа физиков считает, что нашли средство: электростанции с квантовым шифрованием.

«Большая волна в Канагаве» — гравюра на дереве японского художника XIX века Кацусики Хокусая

В начале марта D-Wave Systems объявила о выходе их нового компьютера, работающего на принципе квантового отжига. В новой машине сделано несколько технических усовершенствований, а также значительно изменено физическое расположение компонентов. Что это означает? Вместе с онлайн-ресурсами компании D-Wave, устройство, приближающееся к состоянию полезного, начинает обретать форму.

Делаем гладкий компьютер

Перед тем, как добраться до вкусной начинки, сначала надо погрызть краешек печеньки – то есть, узнать, а что же такое квантовый отжиг? Большая часть компьютеров работает прямолинейно: чтобы сложить два числа, создаём набор логических вентилей, которые осуществят сложение. Каждый из вентилей выполняет набор своих, чётко определённых операций на входных данных.

Тысячи лет лучшие умы человечества изобретают способы защитить информацию от чужих глаз, но каждый раз находится способ раскрыть тайну шифра и прочитать секретные документы. Очередным святым Граалем криптографов всего мира стала квантовая криптография, в рамках которой информация передаётся с помощью фотонов. Фундаментальные свойства фотона как квантовой частицы таковы, что измерение характеристик неизбежно меняет его состояние. Другими словами, невозможно тайком перехватить информацию, передаваемую по квантовому каналу, потому что это изменит её. Или всё-таки возможно?

Проснуться утром под пение туканов, посмотреть прогноз погоды и увидеть все те же +28, надеть любимые шорты и пойти гулять по городу, отогнать наглых обезьян от мусорного бака, прогуляться по пальмовой аллее, присесть на лавку перед озером и покормить фламинго, вспомнить про подготовку к зиме и купить еще одни шорты. Для кого-то подобный день не является чем-то необычным, но для нас (я имею в виду жителей континентальных климатических регионов) это самая настоящая экзотика. При чем тут фламинго и туканы к физике, спросите вы? А при том, что физике тоже не чужда экзотика, проявляющаяся в процессах, веществах и явлениях, которые каким-то образом отличаются от общепринятой нормы. Сегодня мы поговорим именно об одном из таких явлений — втором звуке, который был обнаружен в обыкновенном графите. Что в нем такого экзотического, как ученые его нашли и должны ли мы разделять их восторг от открытия? Ответы мы найдем, там где и обычно — нет, не в гугле, а в докладе исследовательской группы. Поехали.

Мир квантовых технологий такой же богатый и запутанный, как история целой цивилизации. Одни открытия в этой области нас могут удивить, другие вводят в состояние интеллектуального ступора. А все потому, что квантовый мир живет по своим законам, и ему частенько нет никакого дела до классической физики. Мы привыкли связывать слово «квантовый» с вычислениями, которые можно производить быстрее и больше. Однако это далеко не единственное применение квантовых технологий. Сегодня мы рассмотрим исследование, в котором квантовая механика позволила ученым создать архитектуру, с помощью которой можно манипулировать радиочастотным резонатором на квантовом уровне. Звучит просто, но на деле достижение этого было сопряжено с рядом «головоломок». Какие именно аспекты квантовых наук использовали ученые, как они их реализовали и что именно из этого вышло мы узнаем из доклада исследовательской группы. Поехали.

Привет, Хабр! Это «Физтех.Science» — видеоблог-погружение в этот странный, странный научный мир. Мир, в котором каждый день открывают что-то совершенно невообразимое: графен, гравитационные волны, пятиугольники. Мир, в котором нам самим интересно разбираться.

Сегодня смотрим, что может ответить наука на извечные вопросы про выбор и свободу воли? Могут ли случайности быть случайными? Для этого отправляемся в захватывающий мир суперпозиции состояний, корпускулярно-волнового дуализма и анекдотов про кота Шредингера. В микромир.

Предупреждаем: чрезмерное изучение квантмеха вызывает преисполнение в познании и слияние с бесконечно-вечным во всем его фрактальном подобии. Желаем вам приятного и неприятного просмотра одновременно!

Хабр, привет! Хочу поделиться своими размышлениями, которые возникли в результате изучения вопросов, связанных с квантовыми вычислениями. Прошу прощения за то, что в посте нет картинки, но думаю, что любое изображение будет лишь сбивать с толку и уводить от сути вопроса. Буду рад если кто-нибудь что-либо прокомментирует и поможет мне глубже разобраться в этих вопросах…

Постановка проблемы

Начну с того, что для построения квантовых компьютеров нужна довольно твердая теоретическая основа, свободная от парадоксов и противоречий. Квантовая механика появилась достаточно давно, но она была неполной из-за известных всем нестыковок.

Самым главным препятствием на пути на мой взгляд, являлась то, что никак не удавалось формализовать понятие коллапса волновой функции. И исключить из процесса измерения роль субъективного сознания. Как теорию не выворачивали наизнанку в разных интерпретациях, все равно все сводилось, что должен где-то быть наблюдатель, который в конце концов и решит, что действительно происходит. Абсурдность ситуации подытожил Эйнштейн, как всегда в своей ироничной, но довольно жесткой ко всем фантазерам манере: “Неужели Вы правда думаете, что Луна не существует, пока Вы на нее не смотрите”. Но несмотря на это, сам Эйнштейн так и не смог выдвинуть концепцию, снимающую противоречия и находящуюся в согласии с результатами экспериментов.

Те же самые коды, требующиеся для предотвращения ошибок в квантовых компьютерах, могут придавать ткани пространства-времени присущую ей прочность

В игрушечных «голографических» вселенных (даже если и не в нашей, настоящей) ткань пространства-времени возникает на основе сети квантовых частиц. Физики обнаружили, что это работает по принципу квантового исправления ошибок.

В 1994-м математик из исследовательского подразделения AT&T по имени Питер Шор мгновенно прославил квантовые компьютеры (КК), открыв, что эти гипотетические устройства могли бы быстро раскладывать большие числа на множители – тем самым ломая большую часть современной криптографии. Но на пути реального создания КК стояла фундаментальная проблема: естественная неустойчивость их физических компонентов.

В отличие от двоичных битов информации обычных компьютеров, кубиты состоят из квантовых частиц, у которых есть вероятность нахождения в одном из двух состояний, обозначаемых |0> и |1>, в одно и то же время. При взаимодействии кубитов их возможные состояния становятся взаимозависимыми, и шансы оказаться в состояниях |0> и |1> зависят друг от друга. Пропорциональные вероятности растут тем более, чем сильнее после каждой операции кубиты становятся запутанными друг с другом. Поддержка и управление этим экспоненциально растущим количеством одновременных возможностей и делают КК теоретически мощными.

Физики из Университетов Торонто, Осаки и Тоямы представили концепцию квантового повторителя, который не использует ячейки квантовой памяти и способен работать при комнатной температуре. В перспективе он позволит реализовать масштабные квантовые сети.

Рассказываем, в чем заключается инновация.

Команда Microsoft Quantum рада анонсировать Q# Coding Contest – зима 2019! В этом конкурсе вы можете проверить свои навыки квантового программирования, решая задачи квантовых вычислений на Q#. Победители получат футболку Microsoft Quantum!

Квантовые вычисления — это принципиально другая вычислительная парадигма по сравнению с классическими вычислениями. На самом деле, они настолько отличаются, что некоторые задачи, которые считаются классически неразрешимыми (такие как разложение целых чисел или моделирование физических систем), могут эффективно выполняться на квантовом компьютере. В 2017 году Microsoft представила Quantum Development Kit, который включает язык программирования Q#. Q# может использоваться с Visual Studio, Visual Studio Code или командной строкой, в Windows, macOS и Linux.

В 1803 году некий джентльмен опубликовал труд, в котором описывал эксперимент, доказывающий волновую теорию света. Этим джентльменом был Томас Юнг, а его опыт носил название «эксперимент с двумя щелями». Прошло уже более двух веков, но опыт Юнга не был забыт и даже стал фундаментом нового метода рентгеновской спектроскопии, который позволяет более детально изучить физические свойства твердого тела. Итак, почему опыт Юнга считается одним из основополагающих в физике, как его применили современные ученые и что у них из этого получилось мы узнаем из доклада исследовательской группы. Поехали.

Исследователи в парижской лаборатории впервые показали, что квантовые методы передачи информации лучше классических

Квантовые коммуникации позволяют отправлять информацию определённого типа, используя экспоненциально меньше битов, чем требуется для классических коммуникаций

Квантовые компьютеры всё ещё остаются мечтой, но эра квантовых коммуникаций уже наступила. Новый эксперимент в Париже впервые продемонстрировал, что квантовые коммуникации превосходят классические способы передачи информации.

«Мы первыми показали квантовое преимущество в области передачи информации, которой должны поделиться две стороны, чтобы выполнить полезную задачу», — сказала Элен Диаманти, инженер-электрик из Сорбонны, и соавтор результата, полученного вместе с Иорданисом Керенидисом, специалистом по информатике из Университета Дидро в Париже, и с Нираджем Кумаром.

В рамках проходящей в данный момент выставки CES 2019 подразделение IBM Research провело анонс первой в мире квантовой системы, пригодной для коммерческого применения.

Некоторые идеи ярко зарождаются и быстро умирают ввиду сложности, дороговизны или даже ненужности реализации. Акулы-убийцы с лазерными установками на голове — звучит очень круто, очень сложно и невероятно нелепо. Однако некоторые идеи в своей реализации обещают если не «золотые горы», то как минимум горшочек золота. Это касается и квантовых компьютеров, которые обещают быть супер мощными, супер быстрыми и очень энергоэффективными. Звучит заманчиво, не так ли? Вот и многие ученые думают так же. Реализация квантовых вычислений требует решения многих проблем. И сегодня мы с вами будем знакомиться с исследованием, в котором ученые решили улучшить показатели скорости посредством создания так называемого кубитового гибрида. Что это такое, из чего оно состоит и как работает мы узнаем из доклада исследовательской группы. Поехали.