Исследования и разработки
Австралийские исследователи разработали сверхбыстрые дырочные спиновые кубиты
Одной из проблем при разработке спиновых кубитов является потеря их когерентности при увеличении скорости работы. Новое исследование австралийских ученых (FLEET, CQC2T) совместно с коллегами из Университета Британской Колумбии (Канада) указывает на то, что компромисс между скоростью работы и когерентностью может быть достигнут при использовании в качестве кубита дырок, ведущих себя как положительно заряженные электроны. Дырочные кубиты, в отличие от электронных, в значительно меньшей степени подвергаются воздействию нежелательных флуктуирующих электрических полей, которые существуют в любом материале. Более того, «золотая середина», в которой дырочный кубит наименее чувствителен к такому шуму, также является точкой, где с ним можно работать быстрее всего. Такой подход открывает возможность потенциального масштабирования кубитов до мини-квантового компьютера, основанного на «массиве» битов.
Ученые из Штутгарта усомнились в существовании квантовых спиновых жидкостей
Спиновая жидкость — очень редкое магнитное состояние вещества, в котором, в отличие от большинства материалов, спины не упорядочиваются даже при сверхнизких температурах, а образуют коллективные запутанные состояния. По этой причине спиновые жидкости рассматриваются в качестве перспективной среды для создания топологического (защищенного от ошибок) квантового компьютера.
До сих пор существование спиновых жидкостей было подтверждено лишь косвенными измерениями и определенными теоретическими допущениями. Ученые из Университета Штутгарта с помощью техники широкополосной спин-резонансной спектроскопии впервые исследовали процесс упорядочивания в спиновой жидкости и обнаружили, что при снижении температуры происходит неожиданный процесс формирования пространственно-разделенных пар спинов, что, вероятно, опровергает взгляды на фундаментальные свойства этой экзотической формы материи.
«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым
Группа ученых из Amazon под руководством Фернандо Брандао разработала новую схему квантового компьютера, устойчивого к ошибкам. Они использовали так называемые кошачьи кубиты, или кубиты в суперпозиции когерентных состояний с противоположными фазами. Идея заключается в том, что после стабилизации такого кубита ошибки с переворотом битов становятся чрезвычайно редкими, а ошибки переворота фазы — более частыми. А для того, чтобы защититься от ошибок переворота фазы, можно использовать активную коррекцию ошибок.
Исследователи выполнили полное моделирование шума, включая углубленное исследование редких процессов переворота битов. Использование архитектуры, предложенной в работе, и активной коррекции ошибок позволяет достичь логической ошибки 2,7×10-8, используя всего девять кубитов кода данных — это улучшение более чем на пять порядков по сравнению с полностью незащищенными кубитами.
Новый код коррекции ошибок позволяет работать в условиях повышенных шумов
Среди множества кодов коррекции ошибок существуют так называемые поверхностные коды. Для их представления используется двумерная решетка, на ребрах которой расположены кубиты. Часть их них участвует в вычислениях, а другая часть помогает выявлять и исправлять ошибки. Поверхностные коды использует, например, компания Google в своих сверхпроводящих устройствах.
Исследователям из Университета Сиднея под руководством Бенджамина Брауна удалось разработать код, который оказался в два раза эффективнее существующих. Авторы протестировали его на небольших системах и показали, что новый код требует меньше дополнительных физических кубитов для коррекции ошибок и в некоторых случаях превосходит теоретическую оценку. Благодаря устойчивости к шуму, новые коды оказываются перспективны для применения в больших системах, где они будут требовать значительно меньше дополнительных кубитов.
Национальные квантовые программы
Запуск отечественных облачных платформ для доступа к квантовым компьютерам
Российский квантовый центр открыл облачный доступ к эмулятору квантовых вычислений SimCIM, использующему классические алгоритмы, которые моделируют поведение квантовых систем. Облачная платформа будет полезна для решения задач дискретной оптимизации, а также для анализа экономического эффекта от внедрения квантовых вычислительных архитектур.
В перспективе платформа обеспечит доступ к новейшим квантовым компьютерам, создаваемым в рамках реализации Дорожной карты по квантовым вычислениям, а также к квантовым вычислителям сторонних международных компаний. Для удобства компаний-клиентов из различных индустрий сформирован комплекс готовых приложений для финансовой оптимизации, квантовой химии, биоинформатики, логистики и пр., а также набор инструментов для сравнительного анализа алгоритмов.
Физической основой для второй платформы, разработанной в Центре квантовых технологий МГУ, служат две системы: квантовый процессор на нейтральных атомах в оптических ловушках и линейно-оптический квантовый вычислитель. В настоящий момент пользователям доступны классические симуляторы квантовых процессоров, в ближайшем будущем можно будет получить доступ к реальному оптическому чипу. Платформа позволяет реализовывать и тестировать практически любые квантовые и гибридные квантово-классические алгоритмы.
Канадский институт выпустил отчет о национальных квантовых стратегиях 46 стран
57-страничный отчет содержит анализ существующих в мире квантовых инициатив. По уровню развития национальных программ страны разделены на четыре категории: 17 стран со скоординированной квантовой стратегией (в том числе Россия, США, Китай, Германия, Франция), три страны с развивающейся квантовой стратегией (Канада), 12 стран без формально принятой стратегии, но с существенной долей правительственных инициатив в квантовой области (Австралия, Дания, Финляндия) и 14 стран, принимающих участие в международных программах (страны Прибалтики, Турция, Польша).
Среди различных мер государственной поддержки: создание исследовательских центров и R&D-хабов, конкурсы на получение правительственных грантов, прямые инвестиции в квантовые проекты и венчурное финансирование. По мнению авторов отчета, в России реализовано большинство подобных мер, за исключением организации специализированных грантовых конкурсов в области квантовой науки и технологий.
Названы лучшие университеты в области квантовых вычислений
Эксперты портала The Quantum Daily назвали 12 лучших исследовательских университетов мира, добившихся успехов в разработке квантовых вычислительных систем.
Среди них пять американских университетов и институтов (Гарвард, MIT, университеты Мэриленда, Беркли и Чикаго) и по одному университету из Китая (Университет науки и технологий), Канады (Ватерлоо), Сингапура (Наньянский технологический университет), Австралии (Сидней), Германии (Людвига и Максимилиана в Мюнхене) и Австрии (Инсбрук).
Правительство Канады инвестирует в квантовые исследования $288 млн за семь лет
Канада является одним из мировых лидеров в области квантовых исследований и разработок, занимая первое место среди стран G7 по расходам в этой области на душу населения. Тем не менее, в отличие от других стран, в Канаде нет формально принятой квантовой программы.
В рамках мер по восстановлению экономики после пандемии COVID-19 правительство сформулировало предложения по бюджету на 2021 год под названием «План восстановления рабочих мест, роста и устойчивости». В частности предполагается выделение $288 млн на разработку и финансирование национальной квантовой стратегии. Программа предполагает скоординированное развитие фундаментальных и прикладных исследований и укрепление лидерства страны в этом прорывном направлении.
Правительство США анонсирует новые программы финансирования квантовых исследований
Министерство энергетики выделяет $25 млн на фундаментальные работы по развитию квантового интернета, предполагающие создание первого испытательного стенда регионального масштаба.
Также две новые программы поддержаны U.S. Army Research Office: первая предполагает разработку принципиально новых методов проектирования, изготовления и управления кубитами для улучшения их стабильности по сравнению с современными устройствами. Вторая программа нацелена на адресную поддержку талантливых аспирантов и исследователей из числа граждан США в области квантовой обработки информации и квантового зондирования.
Министерство обороны Австралии выбрало NEC и D-Wave для решения задач военной логистики
В результате проведенного конкурса коллаборация австралийского представительства корпорации NEC — NEC Australia — и компании D-Wave Systems Inc. (Канада) выбрана исполнителем проекта по использованию гибридных квантовых вычислений в решении проблемы «последней мили» в логистике. Разработанная технология призвана оптимизировать использование автономных транспортных средств для пополнения запасов различных подразделений с центральной базы снабжения.
NEC и D-Wave заключили соглашение о партнерстве в ноябре 2019 года для совместной разработки квантовых приложений. Это первое подобное взаимодействие компаний с клиентами за пределами Японии.
В Финляндии создан новый институт для координации работ в области квантовых технологий
Университет Аалто, Университет Хельсинки и Центр технических исследований Финляндии VTT подписали соглашение о сотрудничестве в области квантовой науки и технологий под эгидой созданного Финского квантового института InstituteQ. Объединив усилия, стороны стремятся удержать Финляндию в авангарде все более конкурентной глобальной области технологий.
В настоящее время VTT совместно с финским стартапом IQM работает над созданием первого квантового компьютера в Финляндии. Этот проект станет начальной платформой для дальнейших исследований, инноваций и коммерческой деятельности в области квантовых технологий.
Квантовая индустрия
PsiQuantum и GlobalFoundries начинают массовое производство компонентов фотонного процессора
Калифорнийский стартап PsiQuantum является лидером по привлеченным инвестициям среди всех квантовых компаний ($508,5 млн). Его целью является разработка первого в мире фотонного квантового процессора Q1, состоящего из миллиона кубитов.
Вместе с компанией GlobalFoundries, занимающейся контрактным производством полупроводниковой продукции, PsiQuantum продемонстрировал возможность производства и интеграции на стандартном оборудовании основных компонентов фотонного процессора, включая оптическую схему, источники и детекторы одиночных фотонов. Специальное оборудование, необходимое для массового производства фотонных процессоров, уже установлено на двух фабриках GlobalFoundries в Нью-Йорке (кремниевая фотоника) и Дрездене (электронные компоненты) и скором времени планируется массовый выпуск этих изделий.
NTT и Токийский технологический институт изучают приложения машины Изинга в медицине
Когерентная машина Изинга использует квантовые эффекты в системе взаимодействующих между собой спинов, но не является в полной мере квантовым компьютером. Ее основное предназначение — решение задач комбинаторной оптимизации. NTT Research совместно с Токийским технологическим институтом используют машину Изинга для создания новых лекарств. Вычислительная задача состоит в поиске оптимального соответствия между колоссальным количеством комбинаций молекул лекарственных средств и целевых белков.
Вторая область применения — так называемое сжатое зондирование — позволит обрабатывать огромные наборы данных с высокой скоростью, быстро отбрасывая фрагменты, не содержащие полезную информацию. Этот подход может быть использован для анализа снимков магнитно-резонансной и компьютерной томографии.
Quantum Brilliance и Quantum South разработают решения для оптимизации логистики
Австралийский стартап Quantum Brilliance разрабатывает квантовую платформу на базе азотных вакансий в алмазе, способную работать при комнатных температурах. Сотрудничество с Quantum South (Уругвай) началось в 2018 году и было первоначально нацелено на разработку логистических решений с использованием программного эмулятора процессора. Компании стали финалистами конкурса Airbus Quantum Computing Challenge.
Сейчас компании устанавливают двухкубитный квантовый вычислитель в суперкомпьютерном центре Pawsey в Перте, Австралия, для интеграции с классическим суперкомпьютером и решения задач логистики в гибридной среде. Ожидается, что по мере увеличения размерности процессора и развития программного обеспечения вычислительная система значительно превзойдет классические устройства по вычислительной мощности.
Q-CTRL исследует оптимизацию движения транспорта в Австралии
Министерство транспорта австралийского штата Новый Южный Уэльс объявило о начале сотрудничества с компанией Q-CTRL по использованию квантового компьютера для управления сложной транспортной сетью. Также Q-CTRL займется решением одной из актуальных задач для крупнейшего австралийского города Сидней — обновлением расписаний общественного транспорта при проведении массовых общественных мероприятий. Возможность скорректировать расписание в реальном времени может значительно повысить эффективность городской транспортной сети и уменьшить проблемы с заторами.
Первый IBM Q System One установлен в Европе
Первый квантовый компьютер IBM за пределами США был установлен в рамках совместного проекта с Обществом Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft). Машина установлена в подразделении IBM в городе Энинген, недалеко от Штутгарта, для исключительного использования Обществом Фраунгофера и его партнерами в рамках деятельности Центра компетенций по квантовым вычислениям Баден-Вюртемберга.
IBM Q System One будет использоваться в соответствии с законодательством Германии, что является важным преимуществом для пользователей с точки зрения защиты данных и безопасности интеллектуальной собственности. Установка второго квантового компьютера IBM за пределами США планируется в этом году в Токийском университете.
Создан квантовый сенсор, способный контролировать весь радиочастотный диапазон
Квантовые сенсоры на основе Ридберговских атомов лишь совсем недавно стали использоваться в качестве детекторов электромагнитного излучения. Впервые их начали разрабатывать американские военные с целью контроля радиочастотного пространства с использованием единственного широкополосного детектора для всех радиоволновых диапазонов.
В новой работе военные исследователи US Army Research Lab продемонстрировали высокую чувствительность компактного (1 см) сенсора в диапазоне от 1 кГц до 1ТГц, а также провели его сравнение с альтернативными широкополосными приемниками на основе электрооптических кристаллов и дипольных антенн.
Квантовый лидар поможет обнаружить утечки метана при добыче нефти и природного газа
QLM Technology (Великобритания) разработала сверхчувствительный атмосферный лидар с квантовым однофотонным детектором, способный визуализировать и количественно определять утечки метана при добыче и использовании нефти и природного газа.
Проект поддерживается компаниями BP, National Grid, AMETEK Land и правительством Великобритании, а лидар стал одним из первых коммерческих продуктов в рамках национальной программы квантовых технологий Великобритании. Первая версия лидара доступна для коммерческих испытаний уже в этом году, а тесты камер, установленных на беспилотных летательных аппаратах, начнутся в 2022 году.
Читать далее:
Туманности, кометы и звездные ясли: показываем лучшие астрофотографии года
Данные со спутников-шпионов помогли выяснить причину таяния ледников в Азии
Коронавирус в пещере: все о китайских шахтерах, которые болели странной пневмонией в 2012 году