Росатом намерен к 2030 году создать “квантовый” интернет

Росатом пообещал до конца года выпустить вторую дорожную карту развития квантовых вычислений. Главная цель – создать до 2030 года общую сеть квантовых процессоров и, как следствие, “квантовый” интернет. Квантовая связь сейчас полностью защищена от взлома. Если хакер попытается получить доступ к значению кубита (аналог бита) и передоваемой информации, кубит изменит свое состояние. Это приведёт к мгновенному разрушению канала связи в силу фундаментальных законов квантовой физики. Первые квантовые сети есть уже в России, Китае, ЕС и в США. Мировое сообщество также предполагает, что квантовый интернет будет создан до 2035 года.

Первую дорожную карту Росатом опубликовал в 2019 году. По плану необходимо разработать к 2024 году отечественные технологии квантовых вычислений, способные конкурировать с западными, а также сформировать соответствующую научно-технологическую экосистему. На это уже выделили 51 млрд рублей. Кстати, именно этот проект уже дал жизнь квантовой телефонной сети, о которой мы рассказывали ранее.

Консультации по внедрению квантовых технологий в бизнес

Лаборатория прикладных квантовых технологий (QAL) – недавно созданное частно-государственное партнерство – теперь предлагает сотрудничество со своей уникальной командой ученых, инженеров, специалистов по программному и аппаратному обеспечению. Они помогут бизнесу изучить и вывести на рынок продукты, использующие преимущества квантовых вычислений.

Пока одни изучают преимущества, другие применяют 😉

Организации, которые хотят понять, как квантовые вычисления могут принести пользу их бизнесу, могут прямо сейчас присоединиться к знаниям и технической инфраструктуре, предлагаемой QAL. Цель лаборатории – помогать компаниям ориентироваться в этой сложной и постоянно обновляющейся научной среде, чтобы помочь сделать наилучший выбор при формировании их стратеги поставщиком технологий станет IBM Quantum.

Почему Европа возглавит квантовую революцию (а может и нет)

«Гонку квантовых вычислений выиграет Европа», – сказал Марк Маттингли-Скотт, генеральный директор Quantum Brilliance, австралийско-германской компании по производству оборудования для квантовых вычислений, финансируемой венчурным капиталом. В статье представитель компании привел несколько аргументов:

1. Финансы. Европейский Союз выделяет миллиарды евро на разработку квантовых технологий. Только Германия выделила €2,2 млрд.

2. Инвестиции. Такой интерес и финансирование от государства свидетельствуют о полной поддержке властей, что снижает риск для венчурных капиталистов, стремящихся вложить большие суммы в многообещающие «квантовые» стартапы.

3. Уникальные технологии, которые могут первыми выйти на рынок и оказать влияние на мир: например, квантовые вычисления на основе алмазов.

Однако, по статистике Scopus, больше всего публикаций, связанных с квантовыми технологиями, выходит в КНР и США. А первый двухкубитный процессор был создан российскими и японскими учеными, первый 28-кубитный квантовый компьютер был создан канадской компанией D-Wave. А в 2021 году Россия представила уникальный прототип квантового компьютера на ионах. В целом, на Россию приходится более 4% научных работ по данной тематике, и мы занимаем восьмое место по количеству выданных патентов в квантовой области.

Заявлять, что Европа выиграет эту «гонку», довольно дерзко. Мы, разумеется, желаем европейским ученым успеха, но напоминаем, что не стоит говорить гоп, пока не перепрыгнешь 😉

Ученые из Перми оптимизировали процесс проектирования конструкций

Ученые Пермского Политеха использовали алгоритмы мультиматериальной топологической оптимизации для создания изделий, которые будут легче, прочнее и надёжнее. Топологическая оптимизация ищет, как распределить материал с учетом действующих нагрузок наиболее эффективно. Два материала в одной конструкции могут обладать разной упругостью, прочностью и весом. И важно сделать так, чтобы итоговое изделие было эффективно по всем заданным параметрам. Оптимизация используется на стадии разработки первоначального вида конструкции. В итоге получаются изделия с требуемыми заказчиком свойствами.

Ученые в разных концах мира сейчас соревнуются в создании более качественных конструкций с помощью оптимизационных алгоритмов, мы об этом уже говорили. Вначале ученые ищут новые материалы при помощи квантово-вдохновленных алгоритмов или квантового компьютера, а затем инженеры применяют ключевую технологию проектирования конструкций — топологическую оптимизацию — для создания изделий. Так шаг за шагом и создается будущее. Признаться, вопрос тянет не просто на задачку, в решении которой конкурируют разные команды ученых. А напоминает бойкую тройку лошадей, на которой мы несемся в будущее

NEC разрабатывает первую в мире единичную ячейку

По мере увеличения количества кубитов становится сложно напрямую их соединять. Существующие кубиты нестабильны. Это сильно замедляет создание квантового компьютера.

Однако технологии не стоят на месте. NEC, японский производитель компьютерной техники, разрабатывает компьютер с полностью связанными кубитами. Компания планирует использовать архитектуру LHZ, в которой четыре кубита объединяются центральной схемой связи 💠. Так, если использовать цепочку из физических кубитов ( 🔵➖🔵➖🔵), то получается, что на каждый информативный кубит есть два соседа, которые следят за ошибками. В архитектуре LHZ на каждый кубит приходится по 4 следящих соседа. Такая архитектура позволяет масштабироваться до нескольких полностью связанных кубитов (используя другие кубиты, которые физически связаны только с соседями). Простым языком: теперь кубиты будут логически связаны друг с другом, сохраняя при этом все свои квантовые свойства. Минус один: при такой архитектуре требуется намного больше кубитов, что на данный момент непросто.

Разработку финансирует японское правительственное агентство NEDO. Напомним, что компания NEC совместно с группой российских ученых первая в мире представила в 2005 году работающий двухкубитный процессор. И первая решила мелкомасштабные задачи комбинаторной оптимизации с помощью квантового отжига. Теперь же компания планирует к 2023 году создать полностью связанную архитектуру кубитов для работы квантового отжига. Осталось не так долго, будем ждать!

Крупнейший банк Великобритании будет использовать квантовый компьютер

Банк HSBC договорился о трехлетнем сотрудничестве с IBM для совместного изучения применения квантовых технологий в финансовой сфере. В основном, конечно, речь идёт об оптимизации портфеля финансовых инструментов, оценки рисков и выявления мошенничества. Последнее весьма актуально для этого банка, ведь он уже не раз был втянут в сомнительные истории.

Начиная с 2005 года против HSBC выдвигались обвинения в том, что он участвовал в отмывании денег террористами и мексиканскими и колумбийскими наркокартелями. А в 2017 году HSBC был одним из банков, через который мошенники выводили десятки миллиардов долларов из России в оффшорные зоны. Банк утверждает, что просто не заметил подозрительных переводов 🤷‍♀️

Восстановление репутации – дело не быстрое. Но то, что HSBC ставит себе задачей выявлять мошеннические операции при помощи квантовых технологий – большой шаг! Предполагается, что исследования будут проходить на недавно вышедшем 127-кубитном процессоре Eagle. А еще с помощью IBM банк планирует повышать квалификацию своих сотрудников в области квантовых технологий.

Мы в QuSolve тоже заботимся о просвещении в сфере квантовых технологий и поэтому не просто полностью берем на себя процесс разработки и внедрения quantum-inspired алгоритмов. Мы также обучаем клиента, буквально перестраивая его мышление и представления об оптимизации производственных и бизнес-процессов.

Louis Vuitton выпустил новые часы Spin Time Air Quantum

До сих пор не было принципиальной разницы между «квантовой» (Quantum) и классической версией часов Louis Vuitton Tambour Spin Time Air. Что же нового в обновлённой версии? Модный дом добавил светоизлучающую систему для освещения циферблата ночью. Дизайнеры якобы вдохновлялась морскими существами.

Все бы ничего, но что повлияло на выбор «квантового» названия для этих часов? Ответа нет. Надеемся, часы не находятся в суперпозиции, т.е. по ним хотя бы можно точно определить время. Правда, глядя на дизайн, возникают большие сомнения.

Квантовый шах и мат

Помните, мы говорили, что на Q2B, одной из главных конференций по квантовым вычислениям, ученые и исследователи играли в квантовые шахматы? Мы решили подробнее рассказать, как детерминированная игра с полной информацией стала более «запутанной».

Придумал эту игру в 2016 году аспирант Университета Южной Калифорнии Крис Кэнтуэлл. Популярность квантовые шахматы получили в том же году благодаря короткометражке Anyone Can Quantum, в которой была показана дуэль двух умов: Стивена Хокинга и актера Пола Радда. Пол, которого многие знают по роли человека-муравья, обыграл знаменитого физика. Правда, сама игра выглядит немного театральной и в правдивости проигрыша Хокинга (просто потому что он – Великий Хокинг) многие сомневаются. Однако цель ролика была достигнута –все заинтересовались необычной игрой.

Основное отличие этих шахмат от тех, что были придуманы еще до нашей эры, состоит в суперпозиции шахматных досок. Это означает, что фигуры могут находиться в нескольких местах доски одновременно и тебе сложнее защищаться и нападать (но и твоему сопернику тоже). Существование фигуры на той или иной клетке определяется вероятностью, которая может меняться. Из-за этих особенностей шахматы потеряли свой статус игры с «полной информацией», так как ты не знаешь точно ход соперника. Плюс на одних досках ты можешь выигрывать, а на других сильно проигрывать.

Но чуть-чуть классики в обновлённой версии игры все же осталось: ты можешь ходить обычным ходом, а можешь квантовым (нажимая два раза на фигуру), при этом для упрощения игры квантовым ходом «есть» нельзя. Кажется невероятно запутанной игрой, да? Однако в квантовые шахматы уже многие играют, и по ним даже проводят турниры. Действующий «квантовый» гроссмейстер Александр Кубица является сотрудником Amazon.

Мы знаем, что вам захотелось попробовать поиграть самим и запутаться понять еще больше. Ссылка на игру: раз и два. А для тех, кому все-таки будет сложно, есть квантовые крестики-нолики 😉

На Белоярской АЭС оптимизировали защиту энергоблока

Белоярская АЭС обладает двумя крупнейшими в мире энергоблоками – БН-600 и БН-800 – на быстрых нейтронах. Специалисты станции оптимизировали алгоритм проверки безопасности БН-800 так, что теперь человеческого вмешательства в процесс требуется гораздо меньше.

Защита энергоблока нужна на производстве на случай гипотетического обесточивания устройств. При каждой остановке энергоблока на три дня и больше требуется проверять защиту АЗ-3. До оптимизации персонал устанавливал (а затем снимал) 200 сигналов, имитирующих ответ оборудования. Сменному инженеру приходилось каждую имитацию набирать отдельно, проверять правильность набранного маркера и его значения на соответствие программе проверки защит. На это каждый раз работник тратил более четырех часов. Затем начальник смены цеха ещё все перепроверял.

В рамках ПСР-проекта (Производственная система Росатома) инженеры доработали алгоритмы, что позволило устанавливать имитации вводом накладки. Это изменение рабочих процедур снизит нагрузку на персонал и сократит число однообразных действий, которые производит в течении дня сотрудник энергоблока. К тому же это означает снижение человеческого фактора, риска ошибки.

Кстати, Белоярская АЭС принадлежит корпорации Росатом, которая уже три года отвечает за дорожную карту квантовых технологий в России. То,что оптимизация производства и переход к индустрии 4.0 на АЭС начинается только сейчас объясняется тем, что ответственность здесь очень высока: надо миллион раз все проверить, прежде чем что-то менять.

Теперь скорая помощь в труднодоступных местностях сможет приезжать к пострадавшим быстрее. Спасибо квантовой оптимизации!

Чтобы эффективно разместить пункты скорой помощи в сельской местности, необходимо учитывать доступность дорог. В городе мы об этом не задумываемся, а ведь иногда лишние 15 минут могут стоить человеку жизни. Целью исследования китайских ученых было определить оптимальное местоположение новых станций скорой помощи для оказания медицинских услуг в горных, сельских районах.

Ученые пытались расположить станции так, чтобы до любого жилого дома можно было доехать не более, чем за 30 минут. В расчет также брали вероятность того, что могут быть построены новые дороги или отремонтированы существующие. Для решения задачи с таким большим количеством переменных ученые разработали улучшенный многокритериальный алгоритм имитации отжига.

Количество домов, не охваченных станциями скорой помощи (то есть тех, время пути до которых занимает более 30 минут), уменьшилось с 30,7% до 22% при условии, что дороги не улучшат. Если же строить новые пути, то эффективность будет еще больше: количество не охваченных людей снижается в таком случае до 18%.

Такую вот важную социальную функцию может может нести оптимизация строительства и размещения объектов в пространстве. И в данном случае алгоритмы, можно сказать, спасают жизни.

Новый подход к решению задач оптимизации с использованием машин Больцмана

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли изучала потенциал машин Изинга для решений сложных задач комбинаторной оптимизации. Машина Изинга — это решатель, помогающий найти состояние одноименной модели. Машина Изинга представляет фундаментальный вычислительный интерес, поскольку любую задачу класса сложности NP можно сформулировать как задачу Изинга. А ещё с помощью неё можно объяснить рисунок ящерицы :).

В статье, опубликованной в научном рецензируемом журнале Nature Electronics, ученые представили ​​новую машину Изинга, состоящую из множества ограниченных машин Больцмана (нейросеть). Машина Больцмана, в свою очередь, использует для обучения алгоритм имитации отжига (мы писали про это тут). Первые результаты впечатляют – оборудование находит решение в 10 000 раз быстрее, чем обычный компьютер.

По словам исследователей, машина с легкостью отвечает на вопрос: «Какие А и В такие, что А х В = 42593?». Это классическая задача о разложении числа на множители, которая относится к классу NP-сложных. Вычислительную сложность такой задачи используют в наиболее распространённых алгоритмах шифрования (например, в RSA), так как подобрать шифр классическими методами невозможно. Чтобы разложить число 15 на множители 3 и 5 специалистам IBM потребовалось семь кубит. Но для взлома криптографического алгоритма RSA нужно около 20 миллионов кубитов. Это очень много: сейчас мощность квантовых компьютеров исчисляется всего сотней кубит.

Авторы статьи планируют масштабировать свое изобретение, чтобы эта машина могла выполнять более крупные и сложные задачи оптимизации.

Фотография Florian Carle

Медузы и осьминоги на выставке о квантовой физике

В течение последних двух десятилетий ученые Йельского университета сыграли важную роль в развитии квантовой физики. Теперь
они совместно с музеем Нью-Хейвена организовали художественную выставку «Квантовая революция: ручная работа в Нью-Хейвене», которая продлится до 16 сентября.

На выставке представлены фотографии, оборудование, инструменты и подробные рисунки художницы Марты В. Льюис. Марта целый год общалась с исследователями и студентами и зарисовывала то, что видела в лаборатории. На выставке также есть сверхпроводящие кубиты, которые были изобретены и построены исследователями из Йельского университета. Интересно, что некоторые объекты носят причудливые названия, такие как «медуза», «ежик», «бегемот» и «осьминог». Ученые просто дают «домашние» имена своим изобретениям, основываясь на их внешних или внутренних отличительных особенностях ☺️.

Флориан Карл, управляющий Йельским квантовым институтом, выступил куратором выставки. По его словам, идея выставки — объединить искусство и науку и показать «человеческую сторону» квантовой физики, сделав ее тем самым менее далекой и пугающей. Вообще, университет много делает в этом направлении и превращает науку в художественное выражение. Так, недавно они записали музыкальный альбом «Квантовый звук». Ученые обрабатывали с помощью специальной программы звуки, которые исходят из квантовых компьютеров, превращая их в мелодию.