Сколько денег тратят на квантовые технологии в мире? Как создаются новые квантовые компьютеры? Каких успехов удалось добиться? Кто больше всего инвестирует в эту отрасль Индустрии 4.0?
отметили
13
человека
в архиве
источник: s0.rbk.ru
В 2021 году человечество находится на пороге второй квантовой революции. Первая состоялась в начале XX века и привела к появлению лазеров, транзисторов, ядерного оружия, мобильной телефонной связи, интернета, МРТ-сканеров, светодиодных ламп и многих уже привычных вещей.
Квантовые компьютеры — следующая ступень развития технологий. Квантовые аналоги привычных компьютеров смогут, например, гораздо быстрее моделировать и обучать на больших объемах данных нейронные сети под те или иные задачи; моделировать химические реакции, что выведет на совершенно новый уровень создание лекарств и материалов для авто- и авиастроения.
Квантовые компьютеры — следующая ступень развития технологий. Квантовые аналоги привычных компьютеров смогут, например, гораздо быстрее моделировать и обучать на больших объемах данных нейронные сети под те или иные задачи; моделировать химические реакции, что выведет на совершенно новый уровень создание лекарств и материалов для авто- и авиастроения.
В 2016-17 годах страны начали принимать программы по развитию квантовых технологий с существенными бюджетами. Через пять-десять лет мы увидим бум коммерциализации квантовых технологий.
Перелом у лидеров
Перелом у лидеров
США
США — безусловный лидер в области квантовых вычислений. Компании IBM, Google, Honeywell, стартапы Rigetti и IonQ представили уже достаточно надежные квантовые системы с десятками кубит.
Принятый в 2018 году закон о Национальной квантовой инициативе предусматривает сотрудничество федеральных центров с академическими учреждениями и частным сектором. В августе 2020 года в США создали пять федеральных центров квантовой информации под управлением Национальных лабораторий Министерства энергетики США. Каждый из них получит по $115 млн госфинансирования до 2024 года.
$1,2 млрд — общий бюджет Национальной квантовой инициативы США.
Собственные исследования финансируют крупнейшие компании: IBM, Microsoft, Google, Intel и другие.
$3 млрд инвестировала в 2014 году IBM в пятилетний проект по разработке нанотехнологических компонентов для кремниевых чипов, в том числе в исследования в области квантовых компьютеров.
Зачем нужны квантовые компьютеры, рассказывает директор IBM по стратегии внедрения квантовых вычислений и взаимодействию с клиентами Кэти Пиццолато:
В недавнем отчете Управления по научно-технической политике Белого дома искусственный интеллект и квантовые технологии названы двумя стратегически важными инновациями для экономического роста и укрепления национальной безопасности страны. США намерены увеличить финансирование исследований и разработок в области квантовых технологий еще на 20%.
Китай
В 2016 году в рамках уже 13-го пятилетнего плана Китай начал национальный мегапроект по развитию квантовой связи и вычислений, который предполагает достижение основных результатов в этих направлениях к 2030 году. За последние 15 лет бюджет поддержки разработок составил около $1 млрд. С 2012 года в стране работает коммуникационная квантовая сеть, а в 2016 году Китай запустил первый в мире квантовый спутник.
В январе 2021 года Китай установил новый мировой рекорд протяженности квантовых линий связи: общая длина наземных и спутниковых сегментов составила 2,6 тыс. км. Это позволило связать абонентов, находящихся на расстоянии 4,6 тыс. км друг от друга, что является абсолютным рекордом для полностью защищенных линий связи.
источник: s0.rbk.ruФото: University of Science and Technology of China
В 2017 году китайское правительство вложило $10 млрд в создание крупнейшей в мире квантовой лаборатории в городе Хэфэй, к востоку от Шанхая. Китайские компании Tencent и Baidu развивают собственные проекты, а в начале 2020 года Alibaba объявила о выпуске 10-кубитового квантового облачного компьютера.
В начале декабря 2020 года исследователи Китайского университета науки и технологий в Хэфэе заявили, что создали самый мощный в мире квантовый компьютер. По их словам, он в 10 млрд раз быстрее прототипа от Google. Результаты тестов китайской машины опубликовал журнал Science.
В начале декабря 2020 года исследователи Китайского университета науки и технологий в Хэфэе заявили, что создали самый мощный в мире квантовый компьютер. По их словам, он в 10 млрд раз быстрее прототипа от Google. Результаты тестов китайской машины опубликовал журнал Science.
Ставка на университеты в Европе
Великобритания
В 2013 году Великобритания стала одной из первых европейских стран, сформировавших план по развитию квантовых технологий. В 2019-24 годах правительство намеревается вложить £235 млн в поддержку разработки и коммерциализации квантовых технологий. В стране работают четыре специализированных хаба по квантовым вычислениям, сенсорам, коммуникациям и инструментам визуализации. Каждым хабом управляет один из ведущих университетов. Предполагается, что за три года в стране создадут и запустят квантовый компьютер.
€1 млрд — бюджет программы Quantum Flagship, запущенной в октябре 2018 года Европейской комиссией. Программа поддержала порядка 20 исследовательских проектов.
Германия
В 2018 году федеральное правительство объявило рамочную программу по выводу квантовых технологий на рынок. В январе 2021 года Германия объявила запуск Баварской квантовой инициативы, в рамках которой будет создана Мюнхенская квантовая долина, на функционирование которой Бавария выделит в общей сложности €300 млн. Исследования проводят различные академические организации, а координируют их — Немецкое научно-исследовательское общество (DFG), Общество Макса Планка (квантовые вычисления, квантовая связь и квантовая метрология), Общество Фраунгофера (квантовая визуализация, квантовая оптика, оптические квантовые сенсоры) и Объединение имени Гельмгольца.
Нидерланды
Нидерланды — один из крупных европейских игроков. В стране действует пятилетняя национальная квантовая программа с бюджетом €420 млн. В научно-исследовательском центре QTech уже созданы прототипы квантовых процессоров и вычислителей на сверхроводниковых и спиновых кубитах. В начале 2021 года нидерландские стартапы объединились в консорциум, чтобы ускорить создание квантового компьютера.
Систематические квантовые исследования проводят также в Австрии, Швеции, Дании и Швейцарии.
Нидерланды — один из крупных европейских игроков. В стране действует пятилетняя национальная квантовая программа с бюджетом €420 млн. В научно-исследовательском центре QTech уже созданы прототипы квантовых процессоров и вычислителей на сверхроводниковых и спиновых кубитах. В начале 2021 года нидерландские стартапы объединились в консорциум, чтобы ускорить создание квантового компьютера.
Систематические квантовые исследования проводят также в Австрии, Швеции, Дании и Швейцарии.
Квантовая связь Азии
Япония
В 2019 году в Японии приняли государственную программу квантовых исследований на десять лет. Одна из ее ключевых целей — создание национального квантового компьютера на 100 сверхпроводящих кубитах.
Квантовые разработки ведутся и японскими индустриальными компаниями. В 2019 году Fujitsu создала вычислитель, работающий по принципу квантового отжига 8 192 кубитами. Он до сих пор крупнейший в мире, активно используется различными компаниями для решения сложнейших задач оптимизации. Например, Toyota Systems использовала его для оптимизации крупномасштабной логистической сети с более чем 3 млн возможных маршрутов.
В 2019 году в Японии приняли государственную программу квантовых исследований на десять лет. Одна из ее ключевых целей — создание национального квантового компьютера на 100 сверхпроводящих кубитах.
Квантовые разработки ведутся и японскими индустриальными компаниями. В 2019 году Fujitsu создала вычислитель, работающий по принципу квантового отжига 8 192 кубитами. Он до сих пор крупнейший в мире, активно используется различными компаниями для решения сложнейших задач оптимизации. Например, Toyota Systems использовала его для оптимизации крупномасштабной логистической сети с более чем 3 млн возможных маршрутов.
Южная Корея
Южная Корея включилась в квантовую гонку позже других стран. В 2019 году страна приняла план развития ключевых квантовых технологий с бюджетом около $40 млн на пять лет. К 2023 году программа предполагает внедрение универсального квантового процессора класса 5 кубитов с надежностью более 90%.
Собственные квантовые программы есть и у корейских компаний. Samsung в 2020 году представил «квантовый смартфон» Galaxy Quantum вместе с местным оператором SK Telecom. Внутри смартфона, который стоит около $500, установлен квантовый чип (производства швейцарской IDQuantique) с уникальным генератором случайных чисел. Он позволяет добиться шифрования данных на таком уровне, что смартфон невозможно взломать даже при целенаправленной атаке.
Samsung также активно инвестирует в разработку квантового компьютера и работает над сопряженными технологиями.
Другие страны
Канада
Канада является одним из мировых лидеров в области квантовых исследований и разработок, занимая первое место в мире по расходам в этой области на душу населения. В октябре 2020 года в стране был организован индустриальный консорциум, задачей которого является содействие в скорейшей коммерциализации квантовых вычислений.
Канада является одним из мировых лидеров в области квантовых исследований и разработок, занимая первое место в мире по расходам в этой области на душу населения. В октябре 2020 года в стране был организован индустриальный консорциум, задачей которого является содействие в скорейшей коммерциализации квантовых вычислений.
Сингапур
В 2007 году государство создало Center for Quantum Technologies, привлекающий физиков, компьютерных специалистов и инженеров со всего мира. Национальная программа по коммерциализации квантовых технологий работает в стране с 2018 года.
Тайвань
В январе 2021 года там была запущена национальная программа Quantum Taiwan, бюджет которой на ближайшие пять лет составит около $282 млн.
Израиль
В 2019 году в стране была одобрена национальная квантовая программа с бюджетом $362 млн на пять лет, однако документ до сих пор не принят официально. В 2018 году Правительство Израиля запустило фонд с бюджетом $27 млн. Выделенные средства пойдут на развитие исследований в сфере квантовых технологий. А в начале марта 2021 года Израиль выделил $60 млн на создание квантового компьютера. Грант смогут получить как израильские предприятия и университеты, так и международные компании — победитель приступит к работе до конца года.
Россия: работа госкорпораций
Практическая разработка квантовых технологий в России началась позже, чем в других странах.
В России развивают три субтехнологии:
квантовые вычисления (этим занимается «Росатом»). 23,7 млрд руб. — бюджет развития технологии квантовых вычислений, которым занимается «Росатом». 45% этих средств приходится на внебюджетные источники;
квантовые коммуникации (это находится в ведении РЖД). 16,7 млрд руб. до 2024 года будет стоить проект ОАО РЖД. Бюджет был сокращен примерно на 2,7 млрд руб. из-за пандемии коронавируса: экономить решено на создании магистральных квантовых сетей и оплате привлечения иностранных специалистов;
квантовые сенсоры (этим занимается «Ростех»). 18,4 млрд руб. — бюджет на создание квантовых сенсоров, за которые отвечает «Ростех». Члены правительства обсуждают сокращение этого направления расходов на 7 млрд руб., но пока окончательного решения не принято.
Россия не стала исключением с точки зрения консолидации локальных стейкхолдеров: в ноябре 2020 года ключевые игроки отечественного квантового сообщества объединились в Национальную квантовую лабораторию. Первыми в научно-технологический консорциум вошли представители научных и учебных организаций, а также бизнес- и инвест-сообщество: МФТИ, ВШЭ, «МИСиС», ФИАН, «Росатом», Российский квантовый центр и фонд «Сколково».
В 2019 году в стране была одобрена национальная квантовая программа с бюджетом $362 млн на пять лет, однако документ до сих пор не принят официально. В 2018 году Правительство Израиля запустило фонд с бюджетом $27 млн. Выделенные средства пойдут на развитие исследований в сфере квантовых технологий. А в начале марта 2021 года Израиль выделил $60 млн на создание квантового компьютера. Грант смогут получить как израильские предприятия и университеты, так и международные компании — победитель приступит к работе до конца года.
Россия: работа госкорпораций
Практическая разработка квантовых технологий в России началась позже, чем в других странах.
В России развивают три субтехнологии:
квантовые вычисления (этим занимается «Росатом»). 23,7 млрд руб. — бюджет развития технологии квантовых вычислений, которым занимается «Росатом». 45% этих средств приходится на внебюджетные источники;
квантовые коммуникации (это находится в ведении РЖД). 16,7 млрд руб. до 2024 года будет стоить проект ОАО РЖД. Бюджет был сокращен примерно на 2,7 млрд руб. из-за пандемии коронавируса: экономить решено на создании магистральных квантовых сетей и оплате привлечения иностранных специалистов;
квантовые сенсоры (этим занимается «Ростех»). 18,4 млрд руб. — бюджет на создание квантовых сенсоров, за которые отвечает «Ростех». Члены правительства обсуждают сокращение этого направления расходов на 7 млрд руб., но пока окончательного решения не принято.
Россия не стала исключением с точки зрения консолидации локальных стейкхолдеров: в ноябре 2020 года ключевые игроки отечественного квантового сообщества объединились в Национальную квантовую лабораторию. Первыми в научно-технологический консорциум вошли представители научных и учебных организаций, а также бизнес- и инвест-сообщество: МФТИ, ВШЭ, «МИСиС», ФИАН, «Росатом», Российский квантовый центр и фонд «Сколково».
До 2024 года дорожная карта развития квантовых технологий в России предполагает общий бюджет примерно в 58,8 млрд руб. ($753,6 млн). В сравнении с объемами бюджетов стран-лидеров в развитии квантовых технологий эта цифра невелика.
Обновлено 05.04.2021
Автор
Руслан Юнусов
Руслан Юнусов
Мир вокруг нас меняется все быстрее. Скорость — ключевая переменная изменений, и мы перестаем за ними успевать. В Индустрии 4.0 не мы говорим вещам, что делать: вещи общаются друг с другом и начинают диктовать нам новые правила игры. Четвертая промышленная революция уже началась, и совсем скоро мы будем жить в мире новых технологий, связей, ценностей и смыслов. Какими они будут?
Этот тренд — о том, как сориентироваться в этих глобальных изменениях и успеть найти своё место в новом времени: времени машин.
Всего 553 материала
Источник:
https://trends.rbc.ru/trends/i...
Добавил ![suare]()
suare 6 Апреля 2021
suare 6 Апреля 2021нет комментариев
проблема (2)
На эту же тему:
19
[Некликбейт] ИИ уже скоро заменит тебя: готовься к реальности
11 6 — 12 Июня
18
[Индустрия 4.0] Как на самом деле проходит четвертая технологическая революция? 8 направлений
5 — 4 Октября 2021
20
По прогнозу IDC, мировые расходы на ИИ в период с 2021 по 2025 год будут расти в среднем на 24,5% в год. В 2025 году они превысят 204 млрд долларов
— 2 Сентября 2021
15
[Квантовое превосходство] «Это не та квантовость». Михаил Кацнельсон — об опасностях редукционизма и квантовости нейросетей
5 — 10 Апреля 2021
31
[«Смотрите, кто пришел!»] Россия впереди планеты всей: от капитализма - к компьютерному капитализму, далее - к компьютерному социализму
— 18 Января 2020
43
Снова «Made in Germany»: промпроизводство возвращается в Германию. Эпоха массового переноса производства в Китай закончилась. Благодаря «Индустрии 4.0», идет обратная тенденция: решоринг
13 — 5 Января 2020
26
Компании «Галактика» и «Цифра» объявили о старте стратегического партнёрства в области продвижения решений «Индустрии 4.0» в отечественной промышленности
— 26 Марта 2019
41
Цифровые фабрики Индустрии 4.0. Осязаемые прототипы нового технологического уклада
10 — 10 Января 2019
43
[«...чтобы куда-то попасть...»] Путин заявил о риске не попасть в «последний вагон технологической революции», если не приложить всех усилий для реализации научно-технологического развития
2 — 27 Ноября 2018
24
Стать мировым КБ
2 — 22 Ноября 2018
50
В России планируют создать квантовый компьютер за пять лет. Разработка 50-кубитной системы обойдется в 900 млн рублей
— 5 Марта 2018
52
Путин: лидер по созданию искусственного интеллекта станет властелином мира
— 1 Сентября 2017
Дополнения:
Как работает квантовый компьютер
Явление суперпозиции делает квантовые компьютеры потенциально бесконечными по мощности. Эксперты TedEd рассказали о принципе работы квантовых компьютеров, об известных барьерах в их применении и о том, какие инновации помогут их преодолеть.
Явление суперпозиции делает квантовые компьютеры потенциально бесконечными по мощности. Эксперты TedEd рассказали о принципе работы квантовых компьютеров, об известных барьерах в их применении и о том, какие инновации помогут их преодолеть.
Обновлено 15.10.2019
Журналист Financial Times побеседовал с экспертами в области квантовой механики и составил список из впечатляющих и неожиданных фактов о квантовых вычислениях
Что мы знаем о квантовых компьютерах? Они быстрые, мощные, дорогие… Примерно такой же информацией обладал и журналист американского издания Financial Times Джонатан Морголис, прежде чем встретился с Джимом Кларком, директором по квантовому оборудованию в Intel, Ливеном Вандерсипеном, ведущим специалистом по квантовой физике, и Джоном Мортоном, экспертом по наноэлектронике и нанофотонике. После беседы с учеными Морголис составил список фактов, которыми можно, по его словам, «блеснуть на званом ужине».
Квантовые вычисления могут быть неточными. В некотором смысле они напоминают процессы, происходящие в человеческом мозге, который, как мы все знаем, может совершать ошибки. Впрочем, это может быть и преимуществом — сухая логика не всегда помогает принимать верные решения.
Квантовые вычисления не очень подходят для анализа больших данных в том виде, в котором мы производим его сегодня. «Классические» вычисления с использованием обычных компьютеров делают это намного лучше.
Что мы знаем о квантовых компьютерах? Они быстрые, мощные, дорогие… Примерно такой же информацией обладал и журналист американского издания Financial Times Джонатан Морголис, прежде чем встретился с Джимом Кларком, директором по квантовому оборудованию в Intel, Ливеном Вандерсипеном, ведущим специалистом по квантовой физике, и Джоном Мортоном, экспертом по наноэлектронике и нанофотонике. После беседы с учеными Морголис составил список фактов, которыми можно, по его словам, «блеснуть на званом ужине».
Квантовые вычисления могут быть неточными. В некотором смысле они напоминают процессы, происходящие в человеческом мозге, который, как мы все знаем, может совершать ошибки. Впрочем, это может быть и преимуществом — сухая логика не всегда помогает принимать верные решения.
Квантовые вычисления не очень подходят для анализа больших данных в том виде, в котором мы производим его сегодня. «Классические» вычисления с использованием обычных компьютеров делают это намного лучше.
Квантовые компьютеры работают только при температуре, близкой к абсолютному нулю (–273,14°C), чтобы избежать разрушения кубитов (наименьших единиц для хранения информации в квантовом компьютере). Для этого компании используют жидкий гелий (а именно изотоп гелий-3), который не затвердевает при экстремально низких температурах.
В 2020 году Делфтский технический университет планирует продемонстрировать рабочую версию квантового интернета — невзламываемую зашифрованную информацию, которая может передаваться по всем Нидерландам с помощью квантовой запутанности.
Квантовая запутанность — феномен, при котором две частицы настолько взаимосвязаны, что по состоянию одной можно понять состояние другой, независимо от того, какое расстояние их разделяет. Эта связь нарушает закон физики, который гласит, что информация не может передаваться быстрее скорости света.
Одним из первых применений квантовых систем станет квантовое моделирование материалов. К примеру, ваш iPhone 27 не будет являться квантовым компьютером, а вот батарея телефона будет разработана именно им.
Говорят, что квантовые компьютеры положат конец блокчейну, потому что смогут все дешифровать. Однако профессор Мортон утверждает, что для этого потребуются квантовые компьютеры с сотнями миллионов кубитов (процессор Sycamore, разработанный недавно Google, содержит 53 кубита).
Обновлено 30.09.2020
Автор
Людмила Клейменова
В ноябре 2019 года стало известно, что госкорпорация «Росатом» запустила проект по созданию квантового компьютера. Корреспондент журнала Nature Квирин Ширмайер рассуждает, сможет ли Россия догнать мировую науку
В октябре после многих лет соперничества с IBM компания Google объявила о достижении квантового превосходства. Проекты с использованием квантовых технологий — прерогатива не только частных компаний. В ряде стран уже есть государственные инициативы, помогающие квантовым физикам работать над высокотехнологичными машинами. Например, в 2016 году ЕС запустил программу «Флагман квантовых технологий». В августе 2019 года о старте национальной квантовой инициативы объявили в Германии. А в ноябре того же года над квантовым компьютером начали работать в России. Автор издания Nature Квирин Ширмайер утверждает, что все эти события говорят о начале гонки по созданию квантовых компьютеров.
Отечественные физики уверены, что российский проект по созданию квантового компьютера является большим шагом на пути к мировым стандартам квантовой науки. Алексей Федоров, физик, работающий в Российском квантовом центре, назвал это «реальным ускорением». Несмотря на это, Россия все же отстает от Запада. Конкурировать с Google отечественным физикам не позволяло слабое финансирование, рассказал Ширмайеру Илья Беседин, инженер, работающий в МИСиС. «Пока никто не смог сделать так, чтобы квантовый компьютер решил практическую задачу эффективнее, чем классический компьютер. Но при наличии серьезной государственной поддержки в России могут возникнуть возможности для проведения подобных исследований», — заверил ученый.
Тем не менее, Петер Цоллер, квантовый физик, работающий в Инсбрукском университете, сомневается, что российская инициатива по созданию квантового компьютера привлечет к квантовым исследованиям много талантливых молодых ученых. Возродить доверие к отечественной науке, по его мнению, будет крайне сложно.
В октябре после многих лет соперничества с IBM компания Google объявила о достижении квантового превосходства. Проекты с использованием квантовых технологий — прерогатива не только частных компаний. В ряде стран уже есть государственные инициативы, помогающие квантовым физикам работать над высокотехнологичными машинами. Например, в 2016 году ЕС запустил программу «Флагман квантовых технологий». В августе 2019 года о старте национальной квантовой инициативы объявили в Германии. А в ноябре того же года над квантовым компьютером начали работать в России. Автор издания Nature Квирин Ширмайер утверждает, что все эти события говорят о начале гонки по созданию квантовых компьютеров.
Отечественные физики уверены, что российский проект по созданию квантового компьютера является большим шагом на пути к мировым стандартам квантовой науки. Алексей Федоров, физик, работающий в Российском квантовом центре, назвал это «реальным ускорением». Несмотря на это, Россия все же отстает от Запада. Конкурировать с Google отечественным физикам не позволяло слабое финансирование, рассказал Ширмайеру Илья Беседин, инженер, работающий в МИСиС. «Пока никто не смог сделать так, чтобы квантовый компьютер решил практическую задачу эффективнее, чем классический компьютер. Но при наличии серьезной государственной поддержки в России могут возникнуть возможности для проведения подобных исследований», — заверил ученый.
Тем не менее, Петер Цоллер, квантовый физик, работающий в Инсбрукском университете, сомневается, что российская инициатива по созданию квантового компьютера привлечет к квантовым исследованиям много талантливых молодых ученых. Возродить доверие к отечественной науке, по его мнению, будет крайне сложно.
Обновлено 09.01.2020
Автор
Людмила Клейменова
Людмила Клейменова
Как связаны квантовые вычисления и квантовый компьютер, и как во всем этом разобраться?
Об эксперте: Руслан Юнусов, глава Национальной квантовой лаборатории.
Квантовые вычисления — самое загадочное и пока еще не изученное направление из всех квантовых технологий. Новые материалы для автомобилей и самолетов, лекарства от ранее неизлечимых болезней, мгновенная оптимизация сотен различных параметров — все это ожидают от квантового компьютера уже в ближайшее десятилетие.
Об эксперте: Руслан Юнусов, глава Национальной квантовой лаборатории.
Квантовые вычисления — самое загадочное и пока еще не изученное направление из всех квантовых технологий. Новые материалы для автомобилей и самолетов, лекарства от ранее неизлечимых болезней, мгновенная оптимизация сотен различных параметров — все это ожидают от квантового компьютера уже в ближайшее десятилетие.
Что такое квантовые вычисления?
Квантовые вычисления — решение задач с помощью манипуляции квантовыми объектами: атомами, молекулами, фотонами, электронами и специально созданными макроструктурами. Их использование позволяет ученым достичь двух квантовых явлений — суперпозиции и запутанности. Благодаря этому исследователи могут синтезировать новые материалы, лекарства, а также моделировать сложные молекулы и решать оптимизационные задачи, недоступные сейчас для самых мощных компьютеров.
Если вы посмотрите на английский термин (англ. quantum computing), то обнаружите, что квантовый компьютер по сути и есть будущий продукт тех самых загадочных квантовых вычислений. В целом квантовые вычислительные системы разделяются на два основных класса — квантовые компьютеры и квантовые симуляторы.
Технологии квантового направления физики — коммуникации и сенсоры — активно применяются в современной мировой практике, в отличие от квантовых вычислений, которые пока лишь начали выходить на специализированный рынок. Так, в 2017 году Китайская академия наук запустила квантовую линию связи, которая соединила Пекин и Шанхай, а также первый спутник квантовой связи. Сенсоры сегодня используются в астрономии, географии, метеорологии и медицине.
Настоящее развитие физики принято считать эпохой второй квантовой революции. Точкой отсчета первой считается открытие квантовой теории в 1900 году. Благодаря развитию этого направления физики появились лазеры и компьютеры, а с ними — интернет, сотовая связь, бытовая электроника, светодиодные лампы, сложные микроскопы, цифровые камеры и магнитно-резонансные томографы.
Чем квантовый компьютер отличается от обычного?
Поскольку ученые строят квантовые компьютеры на нескольких разных платформах (их мы обсудим чуть ниже), внешний вид таких машин также отличается друг от друга.
Криостат (система охлаждения), подключенный к квантовому компьютеру Microsoft (Фото: Jason Koxvold)
Современные квантовые компьютеры на сверхпроводниках внешне больше напоминают люстры в стиле стимпанк и функционируют при определенной температуре: для каждого уровня машины нужен собственный микроклимат. Если в помещении становится теплее или холоднее, вычислительная машина становится бесполезной. Для работы квантовых компьютеров применяют систему охлаждения на основе жидкого гелия. Сам компьютер заключен в цилиндрический корпус с насосами системы охлаждения. К этой конструкции подключен ряд традиционных компьютеров для решения задач. Внутри квантовый компьютер состоит из соединений и труб, которые передают сигналы в квантовый «мозг» машины.
Современные квантовые компьютеры на сверхпроводниках внешне больше напоминают люстры в стиле стимпанк и функционируют при определенной температуре: для каждого уровня машины нужен собственный микроклимат. Если в помещении становится теплее или холоднее, вычислительная машина становится бесполезной. Для работы квантовых компьютеров применяют систему охлаждения на основе жидкого гелия. Сам компьютер заключен в цилиндрический корпус с насосами системы охлаждения. К этой конструкции подключен ряд традиционных компьютеров для решения задач. Внутри квантовый компьютер состоит из соединений и труб, которые передают сигналы в квантовый «мозг» машины.
Для решения любых алгоритмических задач квантовые компьютеры используют кубиты, которые при обмене информацией принимают значение 0 или 1. Однако в отличие от битов, кубиты могут одновременно находиться в состоянии 0 и 1, благодаря свойству квантовых объектов — суперпозиции. Именно это способствует ускорению решения задач на десятки порядков быстрее классических вычислительных машин.
Если классический компьютер разложит число с 500 десятичными знаками на простые множители за 5 млрд лет, то квантовый аналог в теории управится за 18 секунд.
Кубиты не перебирают последовательно все возможные варианты состояний системы, комбинации, как обычный компьютер, а делают вычисления моментально. Это свойство может применяться при поиске информации по базам данных, составлениях маршрута, моделировании поведения сложных молекул и синтезе материалов. Решение задач, для которых нужно перебрать сотни и тысячи вариантов, ускоряется во множество раз.
Кубиты, в отличие от битов, могут находиться в суперпозиции — то есть одновременно принимать значения 0 и 1
Сейчас многокубитные квантовые компьютеры стоят миллионы долларов, а их изготовление — сложный процесс. Квантовый компьютер сегодня — это установка, которая не предполагает персональное использование на дому. Чтобы работать с этим классом устройств, необходимо обладать специальными компетенциями и уметь раскладывать задачи на понятный машине язык.
Сейчас многокубитные квантовые компьютеры стоят миллионы долларов, а их изготовление — сложный процесс. Квантовый компьютер сегодня — это установка, которая не предполагает персональное использование на дому. Чтобы работать с этим классом устройств, необходимо обладать специальными компетенциями и уметь раскладывать задачи на понятный машине язык.
Какие платформы обсуждаются в связке с квантовыми компьютерами?
Квантовые компьютеры строятся на четырех основных платформах: сверхпроводящих цепочках, ионах, нейтральных атомах и фотонах. На самом деле платформ существует намного больше: еще есть интегральная оптика, квазичастицы (экситоны, поляритоны, магноны и др.), примесные атомы, молекулы, полупроводниковые квантовые точки и центры окраски. Один компьютер может быть создан на базе нескольких платформ. Все они могут работать отдельно друг от друга.
Квантовая платформа — это физический объект, похожий на чип, на котором размещается и сохраняется квантовое состояние кубитов.
Еще несколько лет назад все коммерческие вычислительные устройства работали исключительно на сверхпроводящих цепочках. В отличие от других типов кубитов они хорошо масштабируются, стабильны в работе, позволяют контролировать параметры и легче управляются. Однако сейчас мы видим, что международное квантовое сообщество стало все больше интересоваться ионами.
Первый коммерчески доступный квантовый компьютер на ионах представил в декабре 2018 года технологический стартап IonQ. Как заявили сами разработчики, построенная ими система способна выполнять более сложные вычисления, чем все существующие на рынке аналоги. А в конце 2020 года американская корпорация Honeywell заявила, что ей удалось создать наиболее точный квантовый компьютер на ионах. Вместе с тем, у этой технологии есть и недостатки: ионные компьютеры сложно масштабировать из-за аномального нагрева.
Также в тройку наиболее перспективных платформ для реализации универсального квантового вычислителя входят ультрахолодные атомы. Разработкой таких систем чаще всего занимаются академические институты и университеты — например, Институт прикладной физики Российской академии наук в Нижнем Новгороде.
Также в тройку наиболее перспективных платформ для реализации универсального квантового вычислителя входят ультрахолодные атомы. Разработкой таких систем чаще всего занимаются академические институты и университеты — например, Институт прикладной физики Российской академии наук в Нижнем Новгороде.
Что такое облачная платформа для квантовых вычислений?
На сегодняшний день квантовые компьютеры и симуляторы функционируют только в лабораториях, и облачный доступ — единственный способ работы с ними для внешних заказчиков. Однако в перспективе использование облачной платформы также экономически более оправдано, чем приобретение дорогостоящего оборудования самостоятельно.
Microsoft запустила открытое тестирование собственного сервиса Azure Quantum, который предоставляет облачный доступ к квантовым вычислениям. Час работы с ним стоит от $10 до $900. При этом своего квантового компьютера у Microsoft нет. Система работает на решениях партнеров корпорации, например, компании Honeywell Quantum Solutions и IonQ.
Как устроены квантовые вычисления
Согласно дорожной карте по квантовым вычислениям, разработанной Госкорпорацией «Росатом» и экспертами из Российского квантового центра, российская облачная платформа будет создана в виде пилотного проекта до декабря 2022 года. В 2024 году платформа позволит совершать вычисления на российских квантовых компьютерах.
Согласно дорожной карте по квантовым вычислениям, разработанной Госкорпорацией «Росатом» и экспертами из Российского квантового центра, российская облачная платформа будет создана в виде пилотного проекта до декабря 2022 года. В 2024 году платформа позволит совершать вычисления на российских квантовых компьютерах.
В каких областях квантовый компьютер будет особенно актуален?
Финансы
оптимизация инвестиционных портфелей;
предсказание финансовых кризисов;
предсказание кредитоспособности клиентов;
построение моделей кредитных рисков;
защита от мошенничества с помощью анализа истории транзакций;
распознавание мошеннических действий.
Все эти процессы существенно трансформируются благодаря вычислительной мощности квантовых компьютеров. Задачи будут решаться моментально, а не в течение часов и дней.
Медицина и фармацевтика
Квантовые компьютеры помогут оптимизировать поиск белковых структур. Это приведет к ускорению производства новых лекарств и персонализации медицины, а также ускорению сборки геномов. Последний процесс может быть использован при диагностике онкологических заболеваний, так как слияние генов и их перегруппировка — это распространенные причины злокачественных опухолей. D-Wave уже применила свой квантовый отжигатель (вычислитель, пригодный для решения лишь некоторых задач по оптимизации), чтобы выявить у пациентов с немелкоклеточным раком легкого аденокарциному или плоскоклеточный рак — две разновидности смертельного заболевания.
Логистика
Оптимизация логистических цепей сократит длину маршрутов и даст возможность бизнесу уменьшить затраты на топливо. Квантовые алгоритмы в несколько раз быстрее просчитывают все возможные варианты передвижения и выбирают самые оптимальные.
Первый проект такого рода был осуществлен в 2019 году, когда технологическая компания Groovenauts вместе с компанией Mitsubishi Estate смогли оптимизировать сеть маршрутов забора мусора и размеры транспортных контейнеров для 26 крупных офисных центров в центральной части Токио.
Информационная безопасность
Сегодня разработаны алгоритмы, которые позволяют квантовому компьютеру сократить время подбора пароля и дешифровки информации до нескольких часов или минут.
Даже высокозащищенные методы, основанные на криптографии с открытым ключом, могут запросто быть взломаны квантовым компьютером. Именно поэтому квантовые вычисления — это технология национальной безопасности, и государства, которые первыми построят высококубитный квантовый компьютер, получат практически совершенное технологическое оружие. Отсюда и квантовая гонка, и сотни миллиардов инвестиций в технологию.
Химическая промышленность
«Кванты» помогут создать новые композитные материалы для таких отраслей экономики, как авиастроение и химическая промышленность. Полученные составы улучшат функциональные свойства авиалайнеров, снизят их вес на 20–40% и повысят износостойкость;
«Кванты» помогут создать новые композитные материалы для таких отраслей экономики, как авиастроение и химическая промышленность. Полученные составы улучшат функциональные свойства авиалайнеров, снизят их вес на 20–40% и повысят износостойкость;
применение квантовых сенсоров в производстве материалов позволит отследить критические деформации конструкций, снижая затраты на диагностику, технический осмотр и ремонтные работы.
Какие квантовые компьютеры уже есть в мире и в России?
Собственные квантовые компьютеры строят корпорации Google, IBM, Intel, а также компании поменьше — D-Wave и стартап Rigetti. Компания D-Wave создала машину для квантового отжига на 5 тыс. кубитах, которая превосходит прошлое поколение устройств по размеру, количеству связей между кубитами и скорости работы. Устройство является важным инженерным достижением, в будущем используемым для универсальных квантовых компьютеров. Национальные программы по разработке квантовых компьютеров также созданы и на уровне стран — в Евросоюзе, США, Китае и России.
«Квантового превосходства» в лабораторных условиях первой в мире достигла Google: компьютер Sycamore смог выполнить вычисление за 200 секунд, в то время как традиционный суперкомпьютер справился бы с этой операцией за 10 тыс. лет, описывал журнал Nature итоги эксперимента компании.
В России ученые работают над созданием квантового компьютера сразу на четырех платформах: сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах. Согласно утвержденной правительством нашей страны дорожной карте по квантовым вычислениям, первые отечественные квантовые вычислительные устройства появятся уже в 2024 году. Квантовый процессор на основе сверхпроводников будет состоять из 30 кубитов, на основе нейтральных атомов и ионов — из 100, фотонов — из 50.
Сегодня в России работают прототипы квантовых компьютеров с 2-10 кубитами и квантовые симуляторы с 10-20 кубитами. Отечественные компьютеры способны демонстрировать простейшие алгоритмы, решать задачи моделирования простейших молекул. Эти мощности соответствуют уровню развития квантовых вычислений QTRL-4 (метрика зрелости технологий квантовых вычислений, наивысшим уровнем в ней считается QTRL-9).
В России ученые работают над созданием квантового компьютера сразу на четырех платформах: сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах. Согласно утвержденной правительством нашей страны дорожной карте по квантовым вычислениям, первые отечественные квантовые вычислительные устройства появятся уже в 2024 году. Квантовый процессор на основе сверхпроводников будет состоять из 30 кубитов, на основе нейтральных атомов и ионов — из 100, фотонов — из 50.
Сегодня в России работают прототипы квантовых компьютеров с 2-10 кубитами и квантовые симуляторы с 10-20 кубитами. Отечественные компьютеры способны демонстрировать простейшие алгоритмы, решать задачи моделирования простейших молекул. Эти мощности соответствуют уровню развития квантовых вычислений QTRL-4 (метрика зрелости технологий квантовых вычислений, наивысшим уровнем в ней считается QTRL-9).
Обновлено 26.03.2021
Добавил ![suare]()
suare 6 Апреля 2021
suare 6 Апреля 2021
Комментарии участников:
Ни одного комментария пока не добавлено