Квантовый компьютер: что это, как работает и на что способен

Несмотря на появление более продвинутых технологий, таких как OLED и miniLED, IPS-панели продолжают активно использоваться, особенно в бюджетных и среднеценовых сегментах. Их сильная сторона — квантовые технологии это сбалансированное соотношение цены и качества, что делает технологию актуальной для многих пользователей. В гонку стран включился даже Иран, правда, неудачно — в сети появилась новость об их удивительном квантовом компьютере. Но пользователей в интернете не так просто обмануть — подвох нашли быстро. В ближайшие десятилетия, чтобы обеспечить конфиденциальность, ученым придется придумать новые методы шифрования и квантовой криптографии.

Квантовые компьютеры. Для чего они нужны?

В рамках экспертных дискуссий большое внимание уделялось также повышению доступности инноваций для всех граждан страны. Хотя текущие квантовые процессоры ограничены по масштабам и точности, а исследование сосредоточено на упрощенных задачах, стремительное развитие квантовых технологий и амбициозные планы команды обещают значительные достижения в будущем. Считывать, записывать, хранить и обрабатывать информацию — главное, для чего нужен обычный компьютер. Работа на нем связана с двумя важными параметрами — общей памятью и скоростью выполнения операций. Когда квантовое состояние измеряется, волновая функция схлопывается, и вы измеряете состояние как ноль или единицу. В этом известном или детерминированном состоянии кубит действует как классический бит.

Как AWS может помочь с квантовыми вычислениями?

Для использования ресурсов, которые нам дает квантовая механика, — суперпозиции и запутанности — нам необходимо защитить квантовую систему от внешнего воздействия. Любое неконтролируемое влияние извне может переключить квантовое состояние и, например, внести ошибку в реализацию алгоритма. Бороться с такими ошибками на порядок сложнее, чем в классическом мире. Поэтому для развития квантовых компьютеров нам нужны не только эффективные методы увеличения их мощности, но и инструменты защиты от воздействия окружения.

Кубиты и суперпозиция, или почему обычных компьютеров уже недостаточно

К самому же концу XX века ученые научились управлять сложными квантовыми системами на уровне их самых базовых компонентов — то есть манипулировать отдельными атомами и даже элементарными частицами, например фотонами. И это открыло путь к эпохе второй квантовой революции, в самом начале которой мы сегодня живем. Принцип суперпозиции, при котором базовая единица информации может существовать более чем в одном состоянии одновременно, позволяет квантовому компьютеру хранить и обрабатывать одновременно гораздо больше данных, чем любому другому. При этом большими объемами данных можно управлять одновременно с помощью концепции, известной как квантовый параллелизм. Имея возможность вычислять и анализировать разные состояния данных одновременно, а не по одному, квантовые системы могут давать результаты с очень высокой скоростью.

Квантовая запутанность, программирование, Нобелевская премия по физике 2022 г. и наше будущее

Вот, например, фото первого в мире 16-кубитного процессора от компании D-Wave, одного из ведущих вендоров в этой отрасли. Звучит странно, но это одна из главных заповедей квантовой механики. Вокруг суперпозиции вообще ведётся много споров в научных кругах — взять хотя бы знаменитый парадокс кота Шрёдингера, который то ли жив, то ли мёртв, то ли вообще живёт сразу в нескольких параллельных вселенных. Реализация квантовой сети до сих пор остается широко обсуждаемой темой. Сегодняшний Интернет физически представлен локальными компьютерами, такими как ваш компьютер, соединенными оптоволоконными кабелями, которые охватывают целые страны и охватывают тысячи километров, соединяя континенты. Любая квантовая операция может быть реализована при помощи логического вентиля «контролируемое отрицание» (CNOT) и поворота состояния одного кубита[13][14].

Квантовые эксперименты на дому. Строим квантовый компьютер из лазера и полимеров

Модель умела решать довольно сложные задачи по алгоритму Дойча — Йожи. Проведя сравнение с классическим интернет-протоколом, мы можем расширить квантовые сети и коммуникации. Отправка кубитов через квантовую сеть для представления сообщений — это квантовая коммуникация. Основной областью квантовой коммуникации является квантовое шифрование. Достижения современной квантовомеханической науки убедительно говорят в пользу того, чтобы сделать квантовую связь теоретически наиболее безопасной формой связи.

I. Общий обзор квантовых технологий

Квантовые технологии  востребованы в здравоохранении, строительстве, сельском хозяйстве и промышленности, транспортной и энергетической инфраструктуре, в городском хозяйстве и финансовом секторе. Технологии, которые позволяют манипулировать индивидуальными квантовыми объектами, объединены в термин «квантовые технологии». Мало нам суперпозиции — чтобы вычисления совершались, кубиты должны быть связаны между собой. И если в обычной машине эту роль берут на себя токопроводящие дорожки, в квантовой нас выручает квантовая спутанность. Здесь мы поговорим о самых захватывающих квантово-механических явлениях в мире, о применении этих открытий сегодня и о том, что ждет квантовые технологии в будущем.

• Общий бюджет всех трех направлений на весь срок составляет более 43 млрд руб.
• В качестве примера возьмём нашумевшую этой весной публикацию «Квантовые алгоритмы для задач на решётках», обсуждение которой в криптографическом сообществе продолжается до сих пор.
• Генерируют распределение, которое сложно получить классическим образом.
• В октябре 2019 года компания Google объявила, что ей удалось построить 53-кубитный сверхпроводящий квантовый процессор Sycamore и продемонстрировать «квантовое превосходство» над обычными компьютерами[52][53][54].
• Квантовые технологии уже применяют для ускоренной разработки, тестирования лекарств и диагностики некоторых заболеваний на ранней стадии.

Больше о квантовых технологиях читайте в материалах РБК Трендов:

Когда квантовые компьютеры появятся и станут экономически эффективны, точно не известно. Но сети квантовой криптографии уже активно развертываются по всему миру. А наибольшая создана в Китае — это магистральная сеть протяженностью больше 4 тыс. Сегодня этой сетью пользуются банки для обмена регуляторной информацией и для защиты наиболее чувствительных данных, подпадающих под категорию долгосрочной безопасности. Реализацию этих направлений, подписав соответствующие соглашения о намерениях с правительством РФ, разделили между собой крупнейшие компании с государственным участием.

Физические реализации квантовых компьютеров

Квантовая механика – это область физики, которая изучает поведение частиц на микроскопическом уровне. На субатомном уровне уравнения, описывающие поведение частиц, отличаются от тех, которые описывают макроскопический мир вокруг нас. Квантовые компьютеры используют преимущества такого поведения для выполнения вычислений совершенно новым способом. Квантовая криптография — аппаратное решение, требующее разработки новых устройств, которые генерируют квантовые состояния. Пример, который приходит на ум, — задача коммивояжера, путешествующего между городами.

Это технология телевизоров от LG, которая представляет собой комбинацию miniLED и NanoCell. В общем, можно сказать, что QNED, по сути, является комбинацией Quantum Dot и NanoCell с подсветкой miniLED. Это усовершенствованная версия традиционных LED-телевизоров, использующая квантовые точки для улучшения цветопередачи и яркости. За рамками остается важный вопрос о том, что на рынке существуют OLED-панели разного качества. Не всегда покупка телевизора с OLED-экраном гарантирует вам лучшее качество изображения. Разные производители используют панели разного уровня, и если выбрать неудачную модель с низкокачественной матрицей, вы можете не ощутить всех преимуществ технологии.

Но в силу неэффективности процесса его производства на него тратится, по некоторым данным, порядка 2-3% всей мировой энергии. Если с помощью квантового компьютера оптимизировать или разработать иной способ производства аммиака, можно было бы сэкономить значительные объемы энергии. Мы ходим с Ильей вокруг установки, и я интересуюсь стоимостью компонентов.

Установки для квантовой передачи данных QRate успешно прошли испытания в реальных условиях, с их помощью уже были реализованы сеансы видеосвязи между двумя и даже тремя точками». В РКЦ занимаются не только фундаментальными и прикладными исследованиями, но и коммерциализацией новых технологий. В настоящий момент под крылом у центра развивается целых семь коммерческих «спин-оффов» — стартапов, разрабатывающих высококонкурентные продукты, основанные на практическом применении квантовых эффектов. В 2010 году два выпускника МФТИ — профессор физики Гарвардского университета Михаил Лукин и основатель компании Acronis Сергей Белоусов — придумали способ исправить сложившуюся ситуацию. Как они смогут изменить мир и обеспечить национальное развитие целых государств?

Ква́нтовый компью́тер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для передачи и обработки данных. Манипулирование кубитами с помощью управляющих устройств лежит в основе вычислительной мощности квантового компьютера. Кубиты в квантовых компьютерах аналогичны битам в классических компьютерах. По своей сути, процессор классической машины выполняет всю свою работу, манипулируя битами.