самый мощный квантовый компьютер на сегодняшний день
В Китае создан самый мощный в мире квантовый компьютер
Исследователи из Шанхайского университета разработали квантовый компьютер, скорость вычислений которого в 10 миллиардов раз выше, чем компьютер Google Sycamore, сообщает The Next Web.
Квантовые компьютеры выполняют такие задачи, которые невозможно решить при помощи обычной вычислительной техники.
В ходе демонстрации работы китайского квантового компьютера, получившего название «Цзючжан», всего за несколько минут была решена задача по отбору проб гауссовских бозонов, которую классический суперкомпьютер решал бы около двух с половиной миллиардов лет.
Ранее такую же квантовую систему представляла Google — работа компьютера Sycamore основывается на принципе суперпозиции, и вместо битов машина использует кубиты (квантовые биты), которые одновременно могут находиться во всевозможных состояниях (в 1 и 0 одновременно). Таким образом, компьютеру не нужно тратить время на перебор всех возможных вариантов состояний.
Отличительной чертой китайской разработки является то, что машина может только демонстрировать квантовое превосходство, но фактически он не решает никаких задач. Компьютер же американской корпорации является программируемым, так что его можно адаптировать под решение различных задач.
Тем не менее, это не умаляет заслуг китайских ученых и их нового компьютера. Один из руководителей разработки, профессор Лю Чаоян отметил, что создание квантового компьютера — это гонка не между странами, а между человечеством и природой.
Между тем, обывателю пока трудно представить, зачем нужны такие мощные машины.
Ведущий специалист по суперкомпьютерам Lenovo в России Андрей Сысоев в беседе с «Газетой.Ru» отметил, что квантовые компьютеры еще не готовы для прикладного использования.
«Такого класса машины призваны работать с гораздо большей скоростью, их принцип построения отличен от используемых сегодня. Предварительно, на них будут считать ограниченный набор задач, таких как scientific computing или crypto-системы. Для прикладного применения технология еще не совсем готова. Существует много накладных расходов при таких вычислениях, это ограничивает сферы их применения, а также языки и подходы к программированию», — сказал Сысоев.
Также эксперт отметил, что прорыв китайских ученых заключается в том, что они создали еще один подход к созданию таких машин.
«Вполне возможно, именно такого рода вычислительные системы в будущем заменят сегодняшние компьютеры.
Если это произойдет, скачок развития человечества будет колоссальным — ведь самый мощный на сегодняшний день суперкомпьютер в сравнении с квантовым будет иметь такую же производительность, как смартфон в сравнении с экзафлопсным суперкомпьютером», — объясняет Сысоев.
Генеральный директор Gamesup42 Игорь Ивченко отметил, что создание квантового компьютера – это технологическая задача, над которой работали долгое время.
«Появление такой техники предвещает рывок в развитии науки, техники, т.к. он основан на других принципах, нежели все современные суперкомпьютеры. Задачи, которые могут решать современные ПК месяцами, а иногда и годами квантовый компьютер может решить мгновенно.
Появление такой техники можно сравнить с событиями такого уровня, как создание первого автомобиля или компьютера.
Эта техника будет предназначена для решения сложнейших задач человечества, а не для утилитарных функций, к которым все привыкли», — рассказал эксперт.
Эксперт сказал, что квантовый компьютер может помочь в решении проблем, где учитывается бесконечное число входящих. Например, как выжить человечеству в условиях прогрессирующего глобального климатического потепления, или помочь в создании космических аппаратов, которые позволят осуществлять межпланетные перелеты.
Руководитель продуктового направления AI Cloud компании SberCloud Отари Меликишвили объяснил «Газете.Ru», в чем состоит сложность разработки таких квантовых систем.
«Кубиты по своей природе нестабильны, они мгновенно «забывают» информацию. Под воздействием на кубит окружающей среды нарушается связь внутри квантовой системы (процесс декогеренции). Для решения этой проблемы нужно максимально изолировать от воздействия внешних факторов, что представляет собой в настоящий момент даже не технологическую проблему, а научно-теоретическую», — рассказал эксперт.
Также эксперт отметил, что в теории квантовый компьютер позволит значительно ускорить вычисление алгебраических, теоретико-числовых и предсказательных алгоритмов.
Реализация полноценного квантового компьютера сможет также ускорить решения задач, связанных с моделированием, шифрованием, искусственным интеллектом, биоинформатикой, химии и генной инженерии.
Меликишвили также признал важность прорыва, которого добились китайские ученые.
«Китайские ученые опубликовали статью в журнале Science, в которой говорится, что они создали действующий прототип квантового компьютера, превышающий своей производительностью в 10^14 (10 в 14 степени) раз существующие прототипы от Google и IBM. Если этот прототип действительно соответствует заявленных характеристикам — то это колоссальный прорыв в этой сфере науки. При этом важно понимать, что и китайский квантовый компьютер, и компьютеры Google и IBM – это по сути эксперименты, где ученые проверяют различные научные гипотезы с помощью очень сложного высокотехнологичного оборудования, до реального создания квантового компьютера и тем более его прикладного использования еще очень далеко», — заключил эксперт.
Самый мощный квантовый компьютер. Новые исследования. Кто следующий?
Чем квантовый компьютер отличается от обычного? Его «сердцем» является маленький процессор, для работы которого требуется температура, близкая к абсолютному нулю. Он подключен к обычной электронике, которая работает при комнатной температуре, и считывает информацию из квантового компьютера при помощи цифро-аналоговых преобразователей.
Однако главная магия — это кубиты.
Обычные компьютеры шифруют всю информацию в битах. 1 бит — это минимальная единица информации в обычном компьютере. Даже эта статья — это набор битов, которые выстроены в определенном порядке, чтобы вы могли читать текст с экрана своего компьютера или смартфона. Характерной особенностью бита является его значение, которое может принимать лишь одно из двух состояний: 0 или 1.
Минимальной единицой информации в квантовых компьютерах являются кубиты. Главное его отличие от бита — он может находиться в суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно — и 0, и 1.
На прошлой неделе китайские инженеры заявили, что построили программируемые квантовые компьютеры, которые превзошли обычные системы по производительности. Об этом пишет издание Physics World.
Новые компьютеры создали две группы ученых из Национальной лаборатории физических наук Хэфэй Китайского университета науки и технологий, которые возглавил Цзянь-Вэй Пань. Обе системы предназначены для расчета выходных вероятностей квантовых схем. Они принимают несколько квантовых состояний в качестве входных данных, затем эти состояния проходят через квантовый контур, чтобы в конечном итоге предоставить несколько состояний в качестве решения. Примером является система, в которой одиночные фотоны вводятся параллельно оптической схеме, где они могут взаимодействовать через такие компоненты, как светоделители, а затем выходить из нескольких выходных портов.
По словам исследователей, один из компьютеров под названием Zuchongzhi 2.1 в 10 млн раз превосходит по мощности классический компьютер Sycamore от Google. В основе этой системы лежат 66 сверхпроводящих кубитов, соединенных сотней настраиваемых ответвителей. Во время эксперимента ученые использовали 56 кубитов, которые выдержали 20 логических циклов.
Хотя Zuchongzhi 2.1 всего на 3 кубита больше, чем система из 53 кубитов от Google, представленная в 2019 году, Пан и его коллеги утверждают, что вычислительные операции, которые они задают своим компьютерам, для классических вычислительных устройств весьма сложны, так как классическому компьютеру нужно будет прилагать в 1000 раз больше усилий. Согласно их заявлению, квантовый компьютер за час справится с расчетами, на которые мощнейших электронный компьютер потратит 8 лет. Однако для этого систему Zuchongzhi 2.1 придется держать при очень низкой температуре.
Второй компьютер называется Jiuzhang 2 и является фотонным, то есть, использует свет для передачи данных. Он использует выборку гауссовых бозонов (очень маленьких частиц), чтобы анализировать сигналы, выходящие из оптического интерферометра — это специальное устройство, которое устанавливает различия между фазами световых пучков. Физики уверяют, что их система может обрабатывать триллионы возможных результатов и во много раз опережает классические суперкомпьютеры.
Китай заявил о создании квантового компьютера в 10 млрд раз быстрее машины Google
В Китае создали квантовый компьютер, который в 10 млрд раз быстрее проводит вычисления, чем прототип от Google, сообщило китайское государственное новостное агентство Xinhua. Результаты тестов компьютера группа китайских ученых опубликовала в журнале Science.
Квантовые компьютеры отличаются от обычных, даже суперкомпьютеров, своей громадной вычислительной мощностью. Они используют понятия квантовой механики и работают не с битами как единицей информации (0 или 1), а с кубитами — они могут одновременно быть и 0, и 1. Xinhua пишет, что это «серьезный вычислительный прорыв» для Китая и первый этап в достижении полномасштабных квантовых вычислений — так называемого квантового превосходства. Традиционные компьютеры не могут произвести те же вычисления за разумное количество времени.
Мощности китайского суперкомпьютера могут пригодиться в таких исследованиях и технологиях, как теория графов, машинное обучение и квантовая химия, пояснил Xinhua.
Суперкомпьютер в ходе тестов смог зарегистрировать в среднем 43 фотона, но это число доходило до 76. Скорость вычислений китайского компьютера можно оценить в 100 трлн раз выше, чем у самого быстрого существующего сейчас суперкомпьютера, написал Xinhua со ссылкой на ученых.
«Квантовый вычислительный прорыв — это как порог. Это доказывает, что если новый прототип квантового компьютера превосходит самый сильный традиционный в определенных задачах, то прорывы могут произойти и во многих других сферах», — заявил профессор Китайского университета науки и технологий Лу Чаоян.
Китайские ученые конкурируют с крупнейшими американскими корпорациями, в том числе Google, Microsoft и Amazon. Это еще один фронт в соперничестве США и Китая, пишет Bloomberg. В июне самым мощным суперкомпьютером в мире признали аппарат в Японии. В том же месяце американская компания Honeywell заявила, что разработала самый быстрый квантовый компьютер. В ноябре 2019 года «Росатом» объявил о запуске проекта по созданию отечественного квантового компьютера, на проект выделили 24 млрд рублей до 2024 года.
5 главных технологий десятилетия: выбор венчурных инвесторов
5 главных технологий десятилетия: выбор венчурных инвесторов
Вы из какой Вселенной?
Об этом рассказывает руководитель проектного офиса по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом» и глава недавно созданной в России Национальной квантовой лаборатории Р. Юнусов.
— Вот это вряд ли. Я, будучи студентом, наткнулся однажды на любопытный фантастический рассказ. В нем люди придумали совершенный искусственный разум, и оператор с надеждой спрашивает его: «Есть ли Бог?» Разум отвечает: «Теперь есть». После чего оператор сгорает в электрическом разряде.
Атомный «выстрел»
— А мы на каком месте с хвоста этой гонки?
— Ну, зачем так. В России есть программа, на которую выделено 24 миллиарда рублей. Через три года мы должны создать 100-кубитный прототип квантового компьютера, а также разработать софт и алгоритмы. Задача, конечно, грандиозная. Но выполнимая.
Чаша Грааля
— Известный итальянский ученый Томмазо Каларко, с которым сотрудничает ваша лаборатория, заявил, что никто в мире до сих пор не знает, как построить универсальный КК. Мы, дескать, даже не можем нормально транспортировать атомы. Руководитель квантовой лаборатории в США, в Гарварде, Михаил Лукин, выпускник, кстати, нашего Физтеха, и профессор Кристофер Монро из университета Мэриленда, напротив, уверены, что он появится в ближайшие 10 лет. Ваш прогноз?
— В ближайшие три года будут созданы прототипы КК, перешагнувшие рубеж в тысячу кубит. Тысячные кубитники намереваются сделать тот же Миша Лукин на «холодных» атомах, Кристофер Монро на ионах, француз Антуан Брауэрс на атомах, компания IBM на сверхпроводниках. Ориентировочно к 2030 г. использовать квантовый компьютер станет экономически выгодно. К этому времени появится и универсальный КК, и мощные квантовые симуляторы. Они будут применяться при разработке вакцин от большинства тяжелых болезней, того же рака, например, а также для создания уникальных материалов с новыми, фантастическими по сегодняшним меркам характеристиками. Это кардинально изменит транспорт, всю нашу жизнь. Если уходить от прогнозов к совсем фантастической футурологии, то когда-нибудь с помощью КК мы поймем, как устроена наша Вселенная и создадим модель новой Вселенной, нового мира. А заодно и новых людей. Вот тут и начнется самое интересное. (смеется).
— Сделаем такие же атомы с ножками, как мы сами. И с большими амбициями, что нехарактерно для атомов, поэтому экзамен на цивилизацию они тоже не пройдут. А можете поделиться своими соображениями по поводу модели Вселенной, загодя, так сказать? Вы же, наверняка, не раз об этом думали.
— Мне кажется, что мы вполне можем существовать в матрице. Эта теория очень хорошо согласуется и с нашей реальностью, и с законами квантового мира. Но так ли это, нам, вполне возможно, расскажет именно квантовый компьютер.
— То есть наш мозг додуматься до модели не в состоянии. Слабоват. Хотя многие ученые считают его чуть ли не самым загадочным объектом в той же Вселенной.
Бег за лидерами
— Конкуренция в «квантовом» мире жесткая или жестокая?
— Скажу так: в лоб тяжело, конечно, конкурировать. Например, Китай сейчас собирается потратить на очередной квантовый центр 11 миллиардов долларов. Германия, Япония, не говорю уж о США, тоже тратят гигантские суммы на развитие квантовых технологий. У нас экономика всего 2 процента от мировой, поэтому позволить себе суммы, как в Китае или США, мы просто не в состоянии. Однако программа по созданию КК у нас тоже запущена. Мы догоняем всех. Бежим за лидерами и стараемся не отстать от основной группы.
— Канадская фирма D-Wave объявила недавно, что любой желающий может купить ее квантовый компьютер за 15 миллионов долларов. Может, вам стоит прицениться, надо же с чего-то начинать.
— Прицениваться не к чему (улыбается). Это опять-таки не компьютер, а симулятор. Хотя, не спорю, какие-то квантовые эффекты в его работе есть. Но о чем это говорит? Гонка ускоряется, и бежать нам надо, как у Высоцкого «Я на десять тыщ рванул, как на пятьсот. «
— Там следующая строчка «. и спекся».
— Мы резвые, с хорошей тренировкой. Сдюжим.
Компания Honeywell заявила о создании самого мощного квантового компьютера
Представители компании Honeywell из Северной Каролины заявили о создании самого мощного квантового компьютера в мире. По их словам, он как минимум в два раза мощнее, чем квантовые компьютеры IBM и Google.
Квантовый компьютер создавался на охраняемом объекте площадью 140 кв. м в городе Боулдер, штат Колорадо. Основу самого мощного квантового компьютера в истории составляет стальная камера размером с баскетбольный мяч. С помощью жидкого гелия она охлаждается до близкой к абсолютному нулю температуры, при которой атомы перестают двигаться. Для проведения квантовых вычислений атомами, находящимися внутри стальной камеры, управляют с помощью импульсов лазерного света.
На протяжении нескольких десятилетий исследователи изучают потенциал квантовых вычислений и пытаются создать квантовые компьютеры, которые могут решать задачи гораздо быстрее, чем обычные компьютеры или даже суперкомпьютеры. Тем не менее, до недавних пор список компаний, пытающихся достичь квантового превосходства и начать использовать квантовые компьютеры в коммерческих целях, ограничивался лишь IBM и Google.
В течение последнего года квантовая гонка только набирала обороты. Квантовый объем новой разработки Honeywell достиг рекордного показателя в 64 единицы. Квантовый объем — это введенная IBM метрика, с помощью которой можно измерить мощность квантового компьютера и определить уровень ошибок. В то же время это довольно сложный показатель, которым, по мнению эксперта в области квантовых вычислений Скотта Ааронсона, в теории можно было бы манипулировать. Для сравнения: в январе 2020 года компания IBM заявила о создании квантового компьютера под названием Raleigh, квантовый объем которого составил 32 единицы.
Компания Google также тратит огромные средства на развитие потенциала квантовых вычислений. В октябре 2019 года в Google заявили о создании квантового компьютера, способного всего за 200 секунд решить задачу, на решение которой суперкомпьютеру потребовалось бы более 10 000 лет. Представители IBM подвергли сомнению заявление руководства Google. По их словам, суперкомпьютер смог бы справиться с поставленной задачей за 2,5 дня.
В Honeywell начали работать над созданием квантового компьютера примерно десять лет назад, когда компания запустила производство криогенной техники и лазеров. За последние пять лет Honeywell удалось собрать команду из более чем 100 специалистов, которые полностью сосредоточились на создании квантового компьютера. В марте 2020 года Honeywell заявила, что сможет представить разработку через три месяца. В итоге этой цели удалось достичь, даже несмотря на то, что пандемия COVID-19 перевернула график работы с ног на голову и заставило многих специалистов работать удаленно. «Нам пришлось полностью изменить подход к работе и сократить число людей, которые могли находиться непосредственно на объекте. Мы также были вынуждены установить защитные перегородки. Все это началось в тот момент, когда мы планировали вступить в квантовую гонку», — рассказывает глава подразделения квантовых вычислений Honeywell Тони Аттли.
По словам Тони Аттли, в последнее время квантовые компьютеры стали более доступными, они превращаются из предметов восхищения в средство решения таких проблем, как изменение климата и разработка новых лекарств. Аттли отмечает, что в течение следующих пяти лет Honeywell планирует ежегодно увеличивать квантовый объем своих компьютеров в десять раз — до тех пор, пока этот показатель не достигнет невообразимой отметки в 640 000 единиц.