У кого получилось достичь квантового превосходства в 2023 году

Новые квантовые компьютеры

В начале прошлого года Китай вслед за США и Канадой наладил собственное серийное производство квантовых компьютеров. Технологию https://hightech.plus/2023/02/03/kitai-nachal-seriinoe-proiz... компания Origin Quantum, которая пару лет назад представила 6-кубитный сверхпроводящий процессор KF C6-130. Сейчас команда работает над более мощным, 64-кубитным компьютером «Вукун», а также создала операционную систему и пакет программ, необходимых для работы квантовых алгоритмов, в том числе предусмотрела доступ к платформе через облачные сервисы.

Свой новый квантовый компьютер https://hightech.plus/2023/06/16/intel-predstavila-12-kubitn... в 2023-м Intel. Процессор Tunnel Falls на 12 кубитов разработан для квантовых исследований. В нем используются кремниевые спиновые кубиты, которые лучше других совмещаются с передовыми транзисторами. Они могут стать платформой для масштабирования квантовых вычислений, но пока использование процессора все еще требует подключения отдельных чипов к печатной плате и понижения температуры почти до абсолютного нуля градусов.

Появился новый квантовый компьютер и в России. Его https://hightech.plus/2023/07/17/v-rossii-predstavlen-16-kub... команда ученых из Российского квантового центра и физического института им. И. П. Лебедева РАН при координации госкорпорации «Росатом». Они создали несколько вариантов процессоров на 16 кубитов, и наилучшую производительность показал ионный. На них и решили сосредоточиться ученые. До конца 2024 года они планируют увеличить число кубитов в отечественных вычислительных машинах до 50-100.

Выполняя свое прошлогоднее  https://hightech.plus/2022/12/28/v-2023-godu-kvantovii-kompy..., IBM https://hightech.plus/2023/12/05/ibm-vipustila-kvantovii-pro... два новых квантовых процессора: Condor и Heron. Первый может похвастаться рекордно большим числом кубитов – 1121 штук. Это первый в мире квантовый процессор общего назначения, оперирующий таким количеством кубитов. Второй оперирует всего 133 кубитами, зато отличается рекордно низкой частотой возникновения ошибок — в три раза меньше, чем у предыдущего квантового процессора IBM.

Квантовое превосходство

В 2019 году Google https://hightech.plus/2019/10/23/google-oficialno-podtverdil... о достижении так называемого квантового превосходства – способности решать задачи, недоступные обычным компьютерам. Однако это известие было встречено конкурентами с недоверием и критикой. На этот раз компания решила https://hightech.plus/2023/07/05/70-kubitnii-processor-googl... всяческие сомнения, проведя серию новых убедительных экспериментов. Квантовый процессор Sycamore на 70 кубитов смог за 6,5 секунд выполнить расчеты, которые потребовали бы от самого мощного классического суперкомпьютера планеты — экзафлопсного Frontier — 47 лет вычислений. Разница в скорости составила 220 млн раз.

Команда ведущего специалиста КНР по квантовым вычислениям Пань Цзяньвэя сообщала в прошлом году о достижении квантового превосходства дважды. В первый раз фотонный квантовый компьютер «Цзючжан» https://hightech.plus/2023/06/09/kitaiskii-kvantovii-kompyut... с задачами, которые обычно используются в моделях ИИ, в 180 млн раз быстрее, чем смог бы самый мощный суперкомпьютер. Во второй раз та же машина https://hightech.plus/2023/10/11/kitaiskii-kvantovii-kompyut... сверхсложную математическую задачу за миллионную долю секунды. Самому быстрому современному суперкомпьютеру — американскому Frontier — на ее решение потребовалось бы 20 млрд лет.  

Перспективные разработки

Частные случаи проблем и препятствий на пути к реализации практически полезных квантовых компьютеров были разрешены в 2023 году специалистами разных стран. Например, австралийские инженеры нашли способ https://hightech.plus/2023/01/13/novii-metod-kontrolya-spino... количество компонентов в кремниевых квантовых компьютеров. А команда ученых из Англии первой продемонстрировала возможность переноса квантовых битов между микрочипами квантовых компьютеров без нарушения их квантовой природы, причем https://hightech.plus/2023/02/10/sostoyalsya-pervii-perenos-... эту сразу с рекордной скоростью и точностью.

Обычно кубиты очень капризные и не терпят малейших помех и температур выше -273 градусов Цельсия. Американский стартап SEEQC https://hightech.plus/2023/03/17/kvantovii-chip-dlya-gibridn... свой вариант решения этой проблемы – цифровой чип, способный выдерживать криогенные температуры. Такая технология позволит упростить создание более мощных квантовых компьютеров, поскольку каждая криогенная камера сможет поддерживать большее количество кубитов.

Для того чтобы повысить воспроизводимость, стабильность и открыть путь к массовому производству, международная команда исследователей https://hightech.plus/2023/04/18/vpervie-kvantovii-istochnik... размер источника квантового света в чипе в тысячу раз.

Квантовым компьютерам, как и классическим, необходимо как-то записывать и сохранять информацию, но пока оптимальное решение этой задачи не найдено. Команда ученых из США изобрела новый метод эффективного перевода электрических квантовых состояний в звук и наоборот. Новый https://hightech.plus/2023/06/23/novoe-ustroistvo-pomozhet-h... не зависит от свойств материалов, и поэтому совместим с уже имеющимися квантовыми устройствами, основанными на микроволнах.

Новый тип экспериментального квантового компьютера https://hightech.plus/2023/08/24/razrabotan-fermionnii-kvant... в прошлом году ученые Австрии и США. В нем для моделирования комплексных физических систем используются фермионные атомы. Фермионные квантовые вычисления особенно полезны для моделирования свойств систем, состоящих из множества взаимодействующих фермионов: электронов в молекуле или в материале или кварков внутри протона. Таким образом, он может применяться в разных областях, от квантовой химии до физики частиц.

Крупного прорыва добились специалисты из Гарвардского университета, работавшие в программе ONISQ («Оптимизация с шумными квантовыми устройствами среднего масштаба») Министерства обороны США. Они https://hightech.plus/2023/12/13/uchenie-razrabotali-pervuyu... первую в мире квантовую схему с логическими кубитами, менее подверженными ошибкам. «Переносные логические кубиты Ридберга с динамической реконфигурацией открывают совершенно новые концепции и парадигмы для разработки и создания квантовых вычислительных процессоров», - заявил Макунд Венгалатторе, руководитель программы ONISQ. Пока у ученых 48 соединенных логических кубитов. Для практического применения нужно намного больше.  

Другое

Законы странного квантового мира могут применяться не только для создания вычислительных машин. Они позволяют передавать на расстояния информацию и даже энергию. Минувший год стал свидетелем открытий и в этих областях.

Для эффективной передачи данных в квантовой сети на большие расстояния все фотоны должны двигаться по волоконно-оптическому каналу без потерь, что пока недостижимо. Однако ученые из Германии впервые https://hightech.plus/2023/04/07/nemeckie-uchenie-sdelali-va... фотоны со стабильными частотами из источника квантового света. Они использовали особым образом оптимизированные наноразмерные алмазы с дефектами. Это позволило значительно снизить помехи, которые нарушают передачу данных. Как именно – покажут дальнейшее исследования.

Квантовая коммуникация может достигать высочайших уровней безопасности, однако на больших расстояниях работает пока с помехами. Тем не менее, группе ученых из Китая удалось добиться весомого https://hightech.plus/2023/06/18/kitai-dobilsya-kvantovogo-r... – они с успехом применили протокол полей-близнецов (TF-QKD) на рекордно большом расстоянии в 1002 км со скоростью 0,0034 бит/с. Это значит, что защищенная связь теперь может быть установлена на большем расстоянии, чем позволяли традиционные протоколы квантового распределения ключей.

«Мы докладываем о первой реализации и наблюдении телепортации квантовой энергии на реальном квантовом оборудовании», — сообщил в начале года Кадзуки Икеда из Университета Стоуни-Брук (США). Впервые такую идею, основанную на феномене квантовой запутанности, выдвинули физики в начале прошлого века. Измерение одной части квантовой системы с неизбежностью наделяет ее энергией. В квантовом мире эта энергия может быть получена без промежуточного движения энергии через пространство. Она просто переносится. Икеда https://hightech.plus/2023/01/20/provedena-pervaya-teleporta... этот эксперимент на квантовом компьютере IBM и получил результаты, согласующиеся с теорией Хотта. Пока расстояние телепортации незначительное, но в будущем его можно будет увеличить до десятков километров.