Квантовые технологии

«Счастье можно найти даже в тёмные времена, если не забывать обращаться к свету». Эти слова сказал вымышленный персонаж, который довольно далек от науки. Но в нашем мире ученые частенько обращаются к свету в поисках своего истинного счастья — новых открытий. А из чего, так сказать, состоит свет? Из фотонов. Эта элементарная частица стала основой для множества открытий, технологий и исследований. Но до сего дня полностью ее свойства никому точно не известны. Но это не мешает ученым продолжать использовать фотоны в своих трудах, практических или теоретических. Сегодня мы с вами будем знакомиться с исследованием фотонной системы, которая по словам ученых позволит заполучить полный контроль над энергией и фазой фотонов. Для этого необходимо использовать свойства атомных и молекулярных систем, где возможен контроль над состоянием электронов посредством внешнего электромагнитного поля. Как, зачем и почему — узнаем из доклада исследователей. Поехали.

Многие технологии сильно изменились с момента своего изобретения. Их совершенствование подпитывалось различными исследованиями и открытиями, каждое из которых находило новые способы реализации, будь то материалы, модели системы или новые алгоритмы. Визуально одним из самых ярких примеров являются вычислительные устройства. Когда-то они занимали целые комнаты и весили по несколько тонн, а сейчас у каждого из нас есть мобильный телефон, чья мощность в разы превышает те габаритные компьютеры. Но процесс минимизации устройств и их составляющих далек от завершения, ибо пока есть куда уменьшать, ученые будут изобретать новые способы чтобы этого достичь. Сегодня мы поговорим об исследовании, которое как раз может сильно повлиять на процесс минимизации, а точнее об опытном подтверждении теории одномерных электронов, которой уже без малого 56 лет. Поехали.

Мир вокруг нас работает по законам естественных наук с самого своего возникновения. Любое, практически, явление мы можем объяснить, опираясь на те самые законы. И вот мы уже знаем, что молнии это не ярость Зевса, цунами это не чих Нептуна, Земля не плоская, а огромных черепах, держащих на себе целые миры, не существует. Правда в последние утверждения еще верят некоторые особенно упрямые представители нашей расы. Но сегодня мы поговорим о науке, которая любит перевернуть все с ног на голову, о квантовой механике.

Если точнее, то об исследовании, которое экспериментальным путем демонстрирует факт того, что далеко не всегда мы имеем одно единственное состояние чего-либо. Применив знания из квантовой механики, ученым удалось добиться неопределенного причинного порядка в квантовом переключателе. Что это такое и как это работает мы узнаем из их доклада. Поехали.

Специалисты по информатике годами искали задачи определённого типа, решить которые был бы способен только квантовый компьютер, но не классический компьютер, пусть даже из будущих поколений. И вот они нашли одну из них.

На ранних этапах изучения квантовых компьютеров специалисты по информатике задали вопрос, ответ на который, по их мнению, должен был открыть какую-то глубокую истину о возможностях этих футуристических машин. 25 лет спустя ответ на него был найден. В работе, опубликованной в мае 2018, специалисты по информатике Рэн Рэз и Авишай Тал предложили убедительное доказательство того, что вычислительные возможности квантовых компьютеров превосходят всё, чего в принципе могут достичь классические компьютеры.

18-летний Ювин Тан доказал, что классические компьютеры могут решать «задачу рекомендаций» почти так же быстро, как квантовые. Этот результат аннулирует один из наилучших примеров квантового ускорения расчётов.

Подросток из Техаса осадил развитие квантовых вычислений. В опубликованной в этом месяце в интернете работе 18-летний Ювин Тан доказал, что обычные компьютеры могут решать важную вычислительную задачу со скоростью, потенциально сравнимой с квантовыми компьютерами.

В наиболее практичном виде проблема рекомендаций связана с тем, как сервисы вроде Amazon и Netflix определяют, какие продукты могут вам понравиться. Специалисты по информатике считали её одним из наилучших примеров задач, решать которые на квантовых компьютерах будет экспоненциально быстрее – что подчёркивало потенциальные возможности этих футуристических машин. И вот теперь Тан опроверг это мнение.

Видимо и дня не проходит без того, чтобы кто-то не заговорил о квантовых компьютерах. Эта технология обещает нам устройства, работающие по принципу «быстрее, выше, сильнее», при этом пока сложно полноценно описать все ее преимущества и недостатки. Однако перспектива невероятно быстрых вычислений и передачи данных, а также хранения огромного объема данных «в маковом зернышке» несомненно привлекательна. И для достижения столь желанных высот необходимо много труда, ибо новая технология это новые принципы, новые устройства и, конечно же, новые материалы. Классические, как теперь принято называть, компьютеры в качестве материала-фундамента используют кремний. А что используют квантовые? Об этом и пойдет речь в исследовании, рассматриваемом нами сегодня. Что это за новые свойства уже известного вещества, почему внимание уделили именно ему и почему его величают «прорывом» в квантовых технологиях? Ответы сокрыты в докладе ученых. Осталось их только найти. Поехали.

Привет, Хабр! Мы рады рассказать, что создали Quantum Katas — открытый проект, помогающий изучать квантовые вычисления и язык Q# в комфортном темпе. Кстати, все упражнения сделаны таким образом, чтобы давать feedback сразу после выполнения. Подробности под катом!

Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи "Overview and Comparison of Gate Level Quantum Software Platforms" автора Ryan LaRose.

Квантовые компьютеры доступны для использования в облачной инфраструктуре, но в тоже время недавний бурный рост квантовых программных платформ может быть ошеломляющим для тех, кто будет принимать решение, что использовать. В этой статье предлагается текущая картина быстро развивающегося ландшафта квантовых вычислений путем сравнения четырех программных платформ — Forest (pyQuil), QISKit, ProjectQ и комплекта Quantum Development Kit, — которые позволяют исследователям использовать реальные и моделируемые квантовые устройства. Этот анализ охватывает требования и установку, синтаксис языка на примере программ, поддержку на уровне библиотек и возможности квантового симулятора для каждой платформы. Для платформ с поддержкой квантового компьютера мы сравним аппаратные средства, квантовые ассемблерные языки и квантовые компиляторы. В заключение мы рассмотрим особенности каждого из них и кратко упомянем другие пакеты программного обеспечения для квантовых вычислений.

История вычислительной техники, которую мы сейчас называем просто сервер или компьютер, началась много веков назад. С течением времени и развитием технологий совершенствовались и компьютеры. Улучшалась производительность, скорость работы и даже внешний вид. Любой компьютер в своей основе реализует определенные законы естественных наук, таких как физика и химия. Углубляясь в любую из этих наук, исследователи находят новые и новые пути совершенствования вычислительных систем. Сегодня мы будем знакомиться с исследованием, нацеленным на реализацию применения фотонов в квантовых компьютерах. Поехали.

22 июня мы выпустили обновление для нашего open-source Microsoft Quantum Development Kit. Среди нововведений: улучшенный процесс отладки, более быстрое моделирование, а также реализация ряда усовершенствований, предложенных сообществом Q#. Подробнее под катом!

У команды Microsoft Quantum Team хорошие новости для любителей квантовых вычислений и программистов, желающих бросить себе вызов. Мы рады сообщить о проведении летнего конкурса Microsoft по программированию на Q# — Microsoft Q# Coding Contest — Summer 2018! Приняв участие в нем, вы сможете отточить свои навыки в области квантового программирования, решая задачи различной сложности с помощью языка квантового программирования Q#. Победители получат футболки Microsoft Quantum!

«Копенгагенская» квантовая механика говорит, что реальность не существует, пока она не измерена, поэтому многие продолжают искать альтернативы этой интерпретации

В 1915 году Альберт Эйнштейн с помощью своих друзей разработал теорию гравитации, перевернувшую всё то, что мы считали самим фундаментом физической реальности. Мысль о том, что населяемое нами пространство не может быть совершенно описано евклидовой геометрией, была непостижимой; настолько, что философ Иммануил Кант, во многих смыслах радикальный мыслитель, заявил, что никакая теория физики не сможет с ней справиться.

Позже физик Вернер Гейзенберг указал на смысл ошибки Канта. Великий философ постулировал, что наше интуитивное понимание древней геометрии Евклида означало, что она была необходимым основанием физической реальности. На самом деле это оказалось неверным, поставив под вопрос всю философскую систему Канта.

Несмотря на радикальный разрыв с прошлыми представлениями о пространстве и времени, теории Эйнштейна вскоре соединились с идеями Ньютона как часть "классической физики". Человечество вынуждено было это сделать, потому что революция научной мысли оказалась столь глубокой, что создала яркий след в истории науки: разработку теории квантовой физики.

Что можно назвать научной революцией более глубокой, чем общая теория относительности? Что могло создать тектонический сдвиг, более мощный, чем идея о том, что сами пространство и время искривляются материей?

При приближении ко времени нового, полезного оборудования, человеческий фактор в вычислениях становится критически важным

Будущее вычислений – огромная металлическая цистерна? Я буду разочарован, если окажется, что внутри неё просто сидит парень с ноутбуком и гуглит.

Йорктаун-хайтс, Нью-Йорк. Я нахожусь в комнате, где расположен один из вариантов будущего вычислений. Сам компьютер не производит особого впечатления, и выглядит, как металлическая цистерна, висящая на потолке. Впечатление производит шум – периодический металлический стук, преобладающий в комнате. Это звук работы системы охлаждения, доводящей оборудование до температуры, близкой к абсолютному нулю. И охлаждается там не обычный чип – это подход IBM к квантовым вычислениям.

В 2016-м IBM сделала нашумевшее объявление, пригласив общественность опробовать раннюю версию своего квантового компьютера, содержавшего всего пять кубитов – это слишком мало для любых серьёзных вычислений, но достаточно, чтобы люди могли приобрести реальный опыт программирования при помощи новой технологии. Технология быстро развивалась, и IBM установила больше цистерн в своей комнате с квантовым компьютером и добавляла новые процессы по готовности. Компания уже расширила проект до 20 кубитов, и оптимистично объявила, что готовит версию с 50-ю кубитами.

Международная группа ученых из России, Великобритании и Германии продемонстрировала альтернативную конструкцию кубита, которая может быть использована для построения квантового компьютера. Основным элементом этой конструкции являются нано-проволоки из сверхпроводника. Уже в первых экспериментах новый сверхпроводниковый кубит показал себя не хуже традиционных кубитов, построенных на джозефсоновских переходах.



Схема и рисунок нового кубита

Прием заявок на участие в Positive Hack Days идет полным ходом. По многочисленным просьбам мы продлеваем Call for Papers до 31 марта. Это значит, что у всех желающих выступить на форуме есть еще пара недель, чтобы подать заявку.

Недавно мы анонсировали первого ключевого докладчика PHDays 8 — им станет известный разработчик дизассемблера IDA Pro и декомпилятора Hex-Rays Ильфак Гильфанов. Ну а сегодня представляем вашему вниманию группу участников, чьи доклады уже вошли в основную программу PHDays. В этом году посетители форума узнают, как обойти корпоративную систему распознавания лиц, чем опасны умные автомобили и как злоумышленники взламывают IoT-устройства.

Корпорация Google представила 72-кубитный квантовый процессор Bristlecone. С помощью этого процессора подразделение Google Quantum AI lab, ответственное за разработку квантового компьютера, будет тестировать системные ошибки и масштабируемость технологии, а также области применения квантовой симуляции, оптимизации и машинного обучения «для решения проблем реального мира», как пишет компания в блоге.

Идея слияния квантовых вычислений и машинного обучения находится в своём расцвете. Сможет ли она оправдать высокие ожидания?

В начале 90-х Элизабет Берман [Elizabeth Behrman], профессор физики в Уичитском университете начала работать над слиянием квантовой физики с искусственным интеллектом – в частности, в области тогда ещё непопулярной технологии нейросетей. Большинство людей считало, что она пытается смешивать масло с водой. «Мне чертовски трудно было публиковаться, — вспоминает она. – Журналы по нейросетям говорили „Что это за квантовая механика?“, а журналы по физике говорили „Что это за нейросетевая ерунда?“

Сегодня смесь двух этих понятий кажется самой естественной вещью на свете. Нейросети и другие системы машинного обучения стали самой внезапной технологией XXI века. Человеческие занятия удаются им лучше, чем у людей, и они превосходят нас не только в задачах, в которых большинство из нас и так не блистали – например, в шахматах или глубоком анализе данных, но и в тех задачах, для решения которых эволюционировал мозг – например, распознавание лиц, перевод языков и определение права проезда на четырёхстороннем перекрёстке. Подобные системы стали возможными благодаря огромной компьютерной мощности, поэтому неудивительно, что технокомпании начали поиски компьютеров не просто побольше, а принадлежащих к совершенно новому классу.

Физика релаксации квазичастиц в ультратонких сверхпроводящих пленках, терагерцовые смесители и однофотонные детекторы – все это достижения профессора, доктора физико-математических наук МПГУ, основателя ООО «Сконтел» Григория Гольцмана.

В 2009 году Григорий Гольцман был номинирован на премию Ван Дузера. А в 2017-м первым из российских ученых получил премию IEEE Award Совета по сверхпроводимости за продолжительный и существенный вклад в изучение и развитие прикладной сверхпроводимости.

О своих исследованиях, разработках, совмещении науки и предпринимательства профессор рассказал нам в интервью.

Предел Гейзенберга преодолеть нельзя, но, если хорошенько посчитать, приблизиться к нему можно

Квантовые вычисления основываются на контроле квантовых состояний. В последнее время появляется всё больше новостей о том, как квантовые компьютеры что-то вычисляют, и возможность контролировать такие компьютеры воспринимается, как нечто само собой разумеющееся. Но на самом деле, этот контроль всё ещё служит ограничивающим фактором для разработки квантовых компьютеров.

В сердце всей этой темы находятся кубиты, квантовые объекты, используемые для кодирования информации. Часть возможностей квантового компьютера происходит из того, что кубит можно перевести в состояние суперпозиции, позволяющего организовывать параллельные вычисления. Цель квантовых алгоритмов — такая манипуляция состояний суперпозиции кубитов, чтобы при измерении кубита он возвращал двоичное значение, соответствующее правильному ответу.

Квантовая криптография позволяет сделать общение людей полностью безопасным, защитив каналы связи от прослушивания. Эта технология становится все более важной. Физики уже давно знают, что квантовые компьютеры (когда они появятся в пригодном для работы виде) позволяют взломать любые типы криптографической защиты. Ну а поскольку появление коммерческих квантовых компьютеров не за горами, то ученым приходится изобретать все более сложные методы защиты данных. Все это — в интересах бизнеса, правительственных организаций, военных.

В целом, квантовая криптография важна для всех, кому нужна практически стопроцентная защита от взлома. Но здесь есть одна проблема. Дело в том, что квантовая криптография работает с отдельными фотонами, которые и несут квантовую информацию. Но даже лучшие оптоволоконные кабели могут вести фотоны на расстояние не больше 200 км, прежде, чем абсорбционный процесс сделает все эти попытки бессмысленными. Поэтому квантовая криптография ранее работала (и то в тестовом варианте) лишь на коротких расстояниях.