Решающую роль в широком внедрении квантовых технологий должен сыграть квантовый интернет, считает физик Алексей Федоров. В интервью РИА Новости он объяснил, какие. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств.
Ученые впервые организовали онлайн-доступ к отечественному квантовому компьютеру
К примеру, стороны смогут построить квантовый компьютер и запустить на нем ключевые квантовые механизмы в режиме реального времени. В облаке эти задачи уже решены за счет отказоустойчивых высокодоступных сервисов, инструментов и мер безопасности, а также публичного облачного API, с которым могут работать пользователи", - прокомментировал управляющий директор VK Tech Павел Гонтарев. Доступ к квантовым вычислениям на облачной платформе будет открыт для исследователей и бизнес-пользователей. Также он станет основой для обучения разработчиков, которые используют квантовые технологии для решения прикладных задач.
Однако для демонстрации вычислительного преимущества в этих задачах также требуются сотни тысяч и миллионы кубитов.
Так что для решения практических задач необходимо значительно увеличить количество кубитов — то есть масштабировать квантовый компьютер. Важная задача при этом не потерять качества контроля над кубитами. Только одновременное увеличение количества кубитов и качества операций с ними — залог роста мощности квантовых компьютеров, приближающего их к решению практических задач. Поиск идеальной системы Сегодня несколько физических платформ борются за статус лидера в области квантовых вычислений.
Серьёзные результаты достигнуты в экспериментах со сверхпроводниковыми кубитами, а также нейтральными атомами, ионами и фотонами. Также активно развиваются полупроводниковые кубиты — их серьезным преимуществом — как и в случае сверхпроводниковых квантовых процессоров — может быть существующая технологическая база для классических процессоров. Однако каждая из вышеупомянутых платформ сталкивается с проблемой сохранения качества контроля при увеличении количества кубитов. Использование в качестве кубитов ионов в ловушках позволяет достичь высокого качества квантовых операций, однако количество одновременно контролируемых кубитов-ионов в ловушке порядка 20 и, по всей видимости, может быть увеличено до 50-100.
Для нейтральных атомов количество может быть выше, уже показаны эксперименты с 256 атомными кубитами, однако качество операций значительно ниже ионов и сверхпроводников. Недавно анонсированные сверхпроводниковые процессоры IBM имеют 127 и 433 кубита, однако в случае с 127 кубитами качество операций не позволяет решать задачи быстрее классического компьютера, а параметры 433-кубитного процессора пока неизвестны. Вполне возможно, часть проблем можно будет решить при помощи новых подходов к созданию кубитов. Духова и МГТУ им.
Баумана была продемонстрирована новая система — кубиты флаксониумы с высоким качеством квантовых операций. Близкие результаты были показаны компанией Alibaba. Однако можно предположить и другой сценарий, в котором в рамках развития существующих платформ мы увидим определенные пределы для масштабирования. Неизвестно, носят ли эти пределы фундаментальный характер и насколько можно продвинуться дальше, но очевидно, что нужны новые идеи.
Одной из идей может стать создание сетей взаимосвязанных квантовых процессоров промежуточного масштаба.
Например, построение квантового компьютера в облачном доступе и запуск на нем ключевых квантовых алгоритмов в режиме реального времени. Облачная платформа обеспечит доступ к квантовым вычислениям для исследователей и бизнес-пользователей и станет основой для обучения нового поколения разработчиков, работающих с квантовыми технологиями для решения прикладных задач.
Сейчас квантовые компьютеры уже разрабатываются в России и в мире. Наша команда занимается созданием квантовых алгоритмов, эмуляторов квантовых компьютеров и инструментов работы с ними. Стратегическое партнерство с VK — это возможность сделать наши разработки на шаг ближе к конечному потребителю.
Сделать это невозможно, не потеряв качество контроля над кубитами. Однако выход есть — нужно объединить квантовые процессоры промежуточного масштаба в единую сеть. Речь идет о квантовом интернете, который позволит увеличить мощность. Такая сеть предоставит огромный ресурс для решения многих вычислительных задач, пояснил физик.
Австралийцы создали прототип «квантового интернета»
Квантовые ретрансляторы нужны для усиления фотонов и продвижения их по линии передачи до того, как они успеют деградировать. Азия Оглядываясь на США, Япония пересматривает свою национальную стратегию в области квантовых технологий. Новая стратегия будет заключаться в развитии этой отрасли через поддержку квантовых стартапов. Японские компании уже преуспели в использовании квантовой криптографии для высокозащищенной передачи данных. Но квантовое шифрование требует дорогостоящего специализированного оборудования, что стало препятствием для его более широкого внедрения. Помимо поддержки исследований и разработок, правительство рассмотрит возможность предоставления налоговых льгот, чтобы помочь развитию рынка. Япония будет стремиться перейти к внутреннему производству оборудования для квантового шифрования, такого как детекторы фотонов, которые она пока закупает за рубежом. Китай запустил сеть квантовой связи, охватывающую примерно 2000 км между Пекином и Шанхаем, с целью ее дальнейшего расширения. Европа В ЕС лидером в области квантовых вычислений считается Голландия.
Технологии, которые используют силу мельчайшего масштаба природы, демонстрируют огромный потенциал научного спектра.
Среди них: мощные компьютеры, датчики темной материи и невзламываемый квантовый интернет. Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики, Freedom Photonics и Университета Пердью добились успехов в направлении квантового Интернета. Они спроектировали и продемонстрировали первый в истории анализатор состояния Белла для частотного кодирования, сообщает Phys. Прежде чем информация может быть отправлена по квантовой сети, она должна быть сначала закодирована в квантовом состоянии. Эта информация содержится в кубитах или квантовой версии классических вычислительных битов, используемых для хранения.
Так что, если все действительно будет так, то уже на рубеже следующего десятилетия нас ожидает совершенно новый опыт использования сети интернет.
Он считает, что научиться объединять квантовые вычислительные устройства, построенные на различных платформах, в единую комплексную систему — это одна из важнейших задач десятилетия, а в долгосрочной перспективе квантовый интернет позволит в десятки и сотни миллионов раз ускорить производительность сегодняшних устройств. Так что, если все действительно будет так, то уже на рубеже следующего десятилетия нас ожидает совершенно новый опыт использования сети интернет.
В 2022 году Росатом представит проект «дорожной карты» по созданию квантового Интернета
Любопытно, что все последствия квантового Интернета можно проследить до эксперимента, настолько простого, что вы можете провести его в своей гостиной. Ученые из австралии научились составлять из отдельных квантовых компьютеров сложные сети и получили подобие квантового интернета. Но сначала ученые должны построить всемирный квантовый интернет, чтобы передавать мельчайшие квантовые частицы с одного континента на другой. Когда квантовые компьютеры станут широко распространенными, им потребуется надежный квантовый интернет. Ледингем добавил, что этот прорыв может стать началом новой эры в квантовых технологиях, поскольку он предоставляет основу для будущего квантового интернета.
«Квантовый интернет» планируют создать в России к 2030 году
Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева впервые показала, как может быть организован онлайн-доступ к отечественному ионному. Это изобретение приближает нас на шаг ближе к созданию квантового интернета, где данные будут передаваться со скоростью человеческой мысли. Тема недели: квантовый интернет В 2019 году ущерб от хакерских атак по всему миру составил $3,5 млрд, в 1,3 раза больше, чем в 2018-м. Международная группа ученых из Великобритании и Германии добилась прорыва в работе над созданием квантовых информационных сетей, которые в будущем могут прийти на смену. Министерство энергетики США в ходе пресс-конференции, прошедшей 23 июля, сообщило о разработке «практически невзламываемого квантового интернета».
В России уточнили сроки запуска квантового интернета
Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового интернета. Об этом было объявлено во время дискуссии «Квантовые вычисления как ответ на глобальные вызовы» в рамках Всемирной выставки Expo 2020 в Дубае.
Сергей Новиков 19:55, 26 января 2022 Представители Госкорпорации «Росатом» сообщили, что до конца года представят Правительству проект второй дорожной карты по развитию квантовых вычислений. Главной задачей в период с 2025 по 2030 годы станет объединение первых квантовых процессоров в общую сеть и создание на ее базе квантового интернета.
Как уверяют создатели компьютера, его можно задействовать для решениях самых сложных задач из области химии, оптимизации и машинного обучения. В ходе первого подключения учёным удалось запустить ключевые квантовые вычисления в режиме реального времени. Проект квантового компьютера с удаленным доступом был запущен три года назад.
Наша команда занимается созданием квантовых алгоритмов, эмуляторов квантовых компьютеров и инструментов работы с ними.
Стратегическое партнерство с VK — это возможность сделать наши разработки на шаг ближе к конечному потребителю. Уже сейчас мы видим интерес к квантовым алгоритмам не только со стороны университетов и исследовательских центров, но и крупного бизнеса», — отметил Алексей Федоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра. Облачная платформа, как уже показали тесты, стабильно выдерживает нагрузку и позволяет быстро масштабироваться в зависимости от требований к числу кубит, — комментирует Павел Гонтарев, управляющий директор VK Tech.
Научная Россия/Взгляд в будущее: квантовый интернет
Квантовые компьютеры общепринято считаются будущим вычислительной техники. Появление квантового интернета откроет широчайшие перспективы по ускорению производительности устройств. Любопытно, что все последствия квантового Интернета можно проследить до эксперимента, настолько простого, что вы можете провести его в своей гостиной. Квантовые компьютеры существуют не первый год и они не могут раскрыть свой потенциал без телепортации кубитов или «квантового интернета».
Ученые впервые организовали онлайн-доступ к отечественному квантовому компьютеру
Так, если двухузловая сеть имеет одно звено, а трехузловая сеть три, то восьмиузловая сеть имеет уже 28 звеньев, а 100-узловая сеть нуждается в 4950 звеньях. Очевидно, масштабировать такую сеть на 7 миллиардов жителей Земли невозможно чисто технически. Джоши и его коллеги использовали другой протокол QKD, который включает в себя совместное использование запутанных частиц между любыми двумя узлами, что позволило разработать новый тип сети, которая преодолевает многие из вышеописанных проблем. Квантовая запутанность говорит нам, что если вы измерите определенное свойство одной запутанной частицы, то сможете узнать это же свойство ее частицы-партнера, даже если она удалена от вас на большое расстояние. Простейший бытовой пример: надевая носок на левую ногу вы автоматически назначаете второй носок правым. Городской мультиплекс Вместо построения сети, в которой каждый из восьми узлов физически связан со всеми другими узлами, исследователи создали сеть с центральным источником, который отправляет запутанные фотоны к восьми узлам, названным Алиса, Боб, Хлоя, Дэйв, Фен, Гопи, Хайди и Иван.
Каждый узел соединяется с источником через один оптоволоконный канал, то есть для 8 абонентов в общей сложности мы получаем восемь каналов — намного меньше, чем 28, которые потребовались бы для традиционного QKD без доверенных узлов. Таким образом, даже несмотря на то, что узлы физически напрямую не связаны, протокол, разработанный исследователями, устанавливает виртуальную связь между каждой парой из них с помощью магии квантовой запутанности, благодаря которой каждая пара узлов может создать свой закрытый ключ. Центральный источник имеет так называемый нелинейный кристалл, который испускает пары фотонов, запутанных в своей поляризации. Говоря простым языком, эти фотоны имеют длину волны в 1550 нанометров, плюс-минус несколько десятков нанометров. Этот разброс позволяет создать 16 каналов, пронумерованных от 1 до 8 с одной стороны и от -1 до -8 с другой так как по закону сохранения энергии если у нас есть фотон с длиной волны 1560 нм, то у него должен быть запутанный партнер с длиной волны 1540 нм, что и дает нам «положительные» и «отрицательные» каналы.
Затем эти каналы объединяются или мультиплексируются в одном оптическом волокне и отправляются каждому узлу. При этом каждый узел может работать со своей комбинацией каналов.
Потенциальные потребители — банки, сотовые операторы и крупные компании Заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что планируется строительство новых участков квантовой сети протяжённостью более 1400 км. Он упомянул об этом на совещании премьер-министра Михаила Мишустина с вице-премьерами. По словам Чернышенко, уже создан пилотный участок магистральной квантовой сети Москва — Санкт-Петербург и сегмент Москва — Нижний Новгород, общая протяжённость квантовой сети в России сейчас составляет 1147 км.
Серьёзные результаты достигнуты в экспериментах со сверхпроводниковыми кубитами, а также нейтральными атомами, ионами и фотонами. Также активно развиваются полупроводниковые кубиты — их серьезным преимуществом — как и в случае сверхпроводниковых квантовых процессоров — может быть существующая технологическая база для классических процессоров. Однако каждая из вышеупомянутых платформ сталкивается с проблемой сохранения качества контроля при увеличении количества кубитов. Использование в качестве кубитов ионов в ловушках позволяет достичь высокого качества квантовых операций, однако количество одновременно контролируемых кубитов-ионов в ловушке порядка 20 и, по всей видимости, может быть увеличено до 50-100. Для нейтральных атомов количество может быть выше, уже показаны эксперименты с 256 атомными кубитами, однако качество операций значительно ниже ионов и сверхпроводников. Недавно анонсированные сверхпроводниковые процессоры IBM имеют 127 и 433 кубита, однако в случае с 127 кубитами качество операций не позволяет решать задачи быстрее классического компьютера, а параметры 433-кубитного процессора пока неизвестны. Вполне возможно, часть проблем можно будет решить при помощи новых подходов к созданию кубитов. Духова и МГТУ им.
Баумана была продемонстрирована новая система — кубиты флаксониумы с высоким качеством квантовых операций. Близкие результаты были показаны компанией Alibaba. Однако можно предположить и другой сценарий, в котором в рамках развития существующих платформ мы увидим определенные пределы для масштабирования. Неизвестно, носят ли эти пределы фундаментальный характер и насколько можно продвинуться дальше, но очевидно, что нужны новые идеи. Одной из идей может стать создание сетей взаимосвязанных квантовых процессоров промежуточного масштаба. Квантовый интернет В 2016 году в журнале Scientific American была сформулирована новая концепция будущего квантового компьютера. Авторы статьи предлагали при следующем полете на самолете нам заглянуть в журнал авиакомпании. Там мы бы увидели, что авиалинии не связывают напрямую каждый город с каждым другим, потому что логистика и накладные расходы были бы крайне высокими.
Вместо этого они используют центральные «аэропорты-хабы» для создания сетей непрямых соединений. Отказ от прямого подключения позволяет им расширять и управлять гораздо большей сетью пунктов назначения.
Подготовка высококвалифицированных специалистов, обладающих компетенциями в сфере квантовой инженерии, для глобального инженерного рынка труда. Обеспечение поддержки талантливых студентов и вовлечение молодежи в научную, опытно-конструкторскую и инновационную деятельность. Ожидаемые результаты Создание сетей квантовых компьютеров, систем охлаждения и специальных каналов связи, малогабаритных квантовых процессоров, объединенных фотонными интерфейсами, распределенных квантовых симуляторов как устройств для моделирования квантовых свойств материалов. Создание экспериментальных методов и теоретических основ для построения связей между сверхпроводниковыми квантовыми процессорами с использованием квантовых свойств микроволновых фотонов для демонстрации квантовой связи через локальные микроволновые сети, представляющие собой сверхпроводящие кабели и волноводы.