Quantum Beat
547 subscribers
114 photos
101 links
Пульс отрасли. Квантовые технологии и алгоритмы, вдохновляющие на решение практических бизнес-задач. Канал компании QuSolve: info@qusolve.ru. Резиденты Сколково с 2021 года
Download Telegram
Конференция «Квантовые вычисления для бизнеса» прошла в Сан-Диего

На трехдневной конференции в Калифорнии собрались десятки фирм, которые поделились реальными историями внедрения квантовых вычислений на предприятиях. Программа мероприятия затрагивала темы безопасности, оптимизации маршрутов, сферы финансов и фармацевтики.

Эта конференция – ведущая в своей сфере. В 2018 году на ней ввели новое понятие — эра NISQ (noisy intermediate-scale quantum era) или, выражаясь понятным языком, – эра недоквантовых технологий. Это понятие используется для описания текущего состояния производства квантовых процессоров: а именно, что их мощности не превышают 50-100 кубит, их работа нестабильна (они могут легко потерять свое квантовое состояние), а результаты вычислений содержат большое количество ошибок (шумов). Другими словами квантовые компьютеры эры NISQ — это демонстраторы технологии, а не устройства, несущие практическую пользу. Однако решать проблемы оптимизации с помощью квантовых вычислений можно уже сейчас!

На этой же декабрьской конференции подробно рассмотрели кейс взаимодействия Fujitsu и администрации Гамбурга, который показывает, как можно снизить выбросы углекислого газа на 9% за счет оптимизации логистики. QC Ware, крупный разработчик квантовых алгоритмов из Калифорнии, поделился примером квантово-гибридных вычислений в проекте по моделированию взаимодействия белков. А D-Wave Systems, канадский производитель квантовых аннилеров (специальных компьютеров, созданных исключительно для решения оптимизационных задач), рассказывал о сотрудничестве с PayPal и промоутировал использование своего метода квантового отжига для мониторинга мошеннических транзакций. PayPal утверждает, что ежедневно обрабатывает пользовательские транзакции на сумму более $1 млрд. Сами понимаете, сколько тут стоит всего процент улучшений. Значимость работы всех компаний, представленных на конференции, сложно переоценить. Они действительно показывают то, как квантовые и quantum-inspired алгоритмы двигают науку.

Отдыхать на конференции предприниматели и ученые тоже не забывали, а потому устроили соревнования по “квантовым” шахматам. У экстраординарных людей — необычные развлечения 😄
NASA оптимизирует маршруты спутниковых миссий

NASA объявило о трехлетнем соглашении с Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Они вместе займутся разработкой ПО с открытым исходным кодом для квантовых компьютеров с целью решения реальных аэрокосмических задач.

В 2015 году DLR создала исследовательскую группу по квантовым вычислениям и опубликовала программный модуль, в рамках которого квантовыми вычислениями решаются разные задачи. Например, оптимизация маршрутов трансатлантических рейсов, размещение самолетов в крупных аэропортах и планирование спутниковых миссий. В настоящее время NASA и DLR разрабатывают дополнительные модули. Хотя квантовых компьютеров еще нет, программ, которые будут на них работать, сделано уже целое множество. Это будет лишь «один из».

Проблема составления маршрутов в космосе может показаться слишком далёкой от нас, но задачи планирования стоят перед всеми отраслями. Оптимизировать можно процесс производства, хранения и поставки товара. И все это – на обычном компьютере при помощи quantum-inspired алгоритмов.
Первые рекомендации по этическим аспектам квантовых вычислений

В январе 2022 года Всемирный экономический форум опубликовал информационный отчет-рекомендацию по регулированию квантовых вычислений. В нем принципы работы с квантовыми технологиями сгруппированы по девяти темам и представляют семь основных ценностей: труд на общее благо, ответственность, справедливость, доступность, прозрачность и непричинение вреда.

Хотя такая сфера науки как квантовые вычисления находится пока еще на сравнительно ранней стадии развития, в своем потенциале она несет кардинальные преимущества многим отраслям. Однако у любой медали — две стороны, и проблемы, которые могут возникнуть с развитием квантовых компьютеров, требуют глобальной и междисциплинарной дискуссии. Как и в любом деле, здесь важен баланс между свободой и ответственностью. Отсутствие качественной коммуникации с потребителями может привести к росту дезинформации и непонимания технологий. Такое мы уже наблюдали и не раз: взять к примеру атаки на вышки 5G или движения против вакцинации.

Изучать влияние технологии на мир лучше тогда, когда она все еще находится на этапе проектирования и разработки. По словам экспертов ВЭФ, разбор “на берегу” позволит укрепить доверие к технологии и предотвратит возможные риски.
Запрет на продажу квантовых компьютеров

ЕС планирует ввести новый пакет санкций: среди прочего теперь и запрет на экспорт в Россию квантовых компьютеров, полупроводников и транспортного оборудования стоимостью до €10 млрд.

«Тем самым мы продолжим снижать технологическую базу и промышленные мощности России»— написано на сайте ЕС.

Интересно, что настоящих квантовых компьютеров у них пока нет. Существуют лишь прототипы, которые стоят в лабораториях, а не производятся на экспорт.

Что ж, в любом случае будем импортозамещать и продолжать разработку собственных квантовых компьютеров. 🤷🏻‍♂️

Еще в декабре в рамках реализации дорожной карты «Квантовые вычисления» ученые из Российского квантового центра представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователи разработали систему из 4 кубитов, применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием кудитов (расширенная версия кубитов).
Удивительно, как быстро меняются принципы

В отчете Всемирного экономического форума, о котором мы писали ранее, одними из основных принципов работы с квантовыми технологиями являются «доступность» и «открытость», которые достигаются путём международного сотрудничества. Риски несоблюдения принципа также прописаны: «Если развитие квантовых вычислений переместится в несколько национальных государств, существует повышенный риск того, что социально выгодные варианты использования, такие как борьба с изменением климата, будут лишены приоритета в пользу задач, дающих конкурентное или геостратегическое преимущество определенной группе.»

В обиход уже давно вошло явление гринвошинга, когда производители убеждают потребителей в экологичности продукции (даже если это не так). Теперь обороты набирает новое понятие — ethics washing. Его хорошо иллюстрирует этот мем.
Оптимизация в порту Гамбурга

Fujitsu и администрация порта Гамбурга совместными усилиями снизили выбросы углекислого газа на 9%. Этого получилось добиться в результате их проекта по снижению загруженности портов, а именно за счет сокращения времени простоя судов, грузовиков и автомобилей.

Заторы в цепочке поставок происходят по всему миру. Но администрация порта Гамбурга показала, как с этим справиться! Проект демонстрирует новый целостный подход к оптимизации светофорного регулирования всей транспортной инфраструктуры: дорог, переходов и мостов. Вместо локального управления светофорными переходами, Fujitsu Digital Annealer оптимизирует всю сеть. Это значительно сокращает время простоя судов, грузовиков и автомобилей, что приводит к более быстрому взаимодействию в цепочке поставок, увеличению потока товаров и снижению уровня парниковых газов. Так, общее время в пути грузовых машин сократилось на целых 15%. Не стоит забывать и о том, что такая оптимизация непосредственно влияет и на то, как задействуется и человеческий ресурс. Возможно, на вооружение это возьмут и города.

Спрос на грузоперевозки растет с каждым годом, поэтому все чаще приходится решать проблемы ограниченного физического пространства. Также компании и правительства пытаются уменьшить углеродный след, а заторы в портах этому явно не способствуют. Оптимизация является логичным способом решения обеих этих проблем.
Rigetti и Nasdaq объединяются для использования квантовых технологий в финансовой сфере

Сотрудничество объединит квантовые компьютеры Rigetti и данные Nasdaq, крупнейшей американской биржи, специализирующейся на акциях высокотехнологичных компаний. Использоваться будет облачный сервис Rigetti Quantum Cloud Services с 80-кубитным квантовым процессором.

Партнеры планируют исследовать возможность применения квантового компьютера к таким задачам как обнаружение мошенничества, непрерывное сопоставление заявок и управление рисками.

Ожидается, что компании продолжат совместные разработки, чтобы продемонстрировать преимущества применения гибридных компьютеров. Rigetti также рассчитывает увеличить свои квантовые компьютеры с нынешней 80-кубитной системы Aspen-9 до 1000 кубитов в 2024 году и до 4000 кубитов в 2026 году.
Что общего у ящерицы, гравюры и физики?

Ответ прост и удивителен: художественное творчество!
При помощи модели Изинга, о который мы рассказывали ранее, ученые создали с нуля картины. Как тебе такое, глазчатая ящерица?

В новом исследовании профессор из университета Айовы Яник Мерис показал, что узор магнитных спинов, генерируемый с помощью модели Изинга, похож на акватинту, особую технику гравюры. Текстуры напомнили автору статьи также работы Франсиско Гойи и Дюрера, и он тоже захотел «порисовать». Интересно, что природа, человек и машина создают похожие узоры.

Так, профессор визуализировал текстуру спинов (маленьких магнитов, расположенных вплотную друг к другу и направленных вверх или вниз, в зависимости от температуры), поставив в соответствие каждому спину пиксель на картинке. При этом цвет пикселя (черный или белый) соответствует направлению спина (вверх или вниз). Исследователь представил даже конкретный пример: на его картине изображён никто иной как Альберт Эйнштейн, в доме которого, кстати, какое-то время проживал и сам Изинг. Портреты поместили на первую обложку февральского журнала о физике.

Это не первое взаимодействие искусства и физики. В прошлом году мы рассказывали о цифровых картинах, созданных при помощи квантового компьютера. Эти примеры art&science показывают, как искусство может вдохновлять науку, а наука обогащать искусство.
Зачем металлургам квантовые технологии?

Одним из продуктов металлургического производства является оцинкованный прокат, потребителями которого являются строительная, автомобильная промышленность и другие отрасли.

Покрытие тонким слоем цинка – эффективный способ защиты стали от коррозии. Проблема в том, что входные рулоны обычно имеют разную геометрию, а продукция должна иметь различную толщину напыления. В результате, при переходе от рулона к рулону зачастую приходится перенастраивать агрегат, а иногда – ставить на вход «переходные» рулоны из складского запаса, чтобы обеспечить плавный переход от одного входного рулона к другому. Чем больше таких операций, тем ниже производительность линии. А время, как известно, деньги.

Подобрать оптимальную (минимизирующую количество перенастроек агрегата) последовательность подаваемых в агрегат рулонов – сложная вычислительная задача. В смену агрегат может обработать от 30 до 100 рулонов. Даже для самой «маленькой» смены, количество возможных комбинаций – примерно 10^30😱

Решать задачи комбинаторной оптимизации с тысячью переменных эффективнее всего при помощи quantum-inspired алгоритмов. Результатом будет двукратное сокращение издержек на переходы между рулонами, а также почти 100-кратное сокращение вычислительного времени по сравнению с другими алгоритмами (всего около 1 сек для партии из 40 рулонов на компьютере desktop-класса). Алгоритмы эффективны также для составления расписания и графикования производства.

Обратите внимание - решение не требует специального вычислительного оборудования, а следовательно, имеет минимальное время внедрения. Подобных кейсов в промышленности с каждым годом становится все больше 😎
Квантовый кульбит

По данным Росстата, в 2021 году в России было произведено более 61 миллиона тонн стали и еще 66 миллионов готовой продукции. Чтобы справиться с такими объемами, нужно наладить десятки тысяч процессов производства, логистики, соединить миллионы людей, машин, единиц оборудования, разбросанных по всей стране. И каждый процесс требует точности и скорости.

Ответом на задачу являются эффективные quantum-inspired алгоритмы. Которые, кстати, появились не только благодаря современной физике, но и сталелитейному производству. Один из самых популярных алгоритмов - имитация отжига, напоминает поведение материалов во время их нагревания и медленного охлаждения. Подобнее об этом в нашей статье, опубликованной в Российской газете 😉
Google популяризирует квантовые вычисления с помощью новой игры


Google выпустил новую мини-игру. Ее суть простая: нужно создать квантовый компьютер. Кубит за кубитом. Однако чем их больше, тем сложнее становится это сделать. В процессе ты сталкиваешься с теми же задачами и трудностями, что стоят перед квантовыми инженерами. Например, с необходимостью охлаждать систему или защищать ее от космических лучей. Игра и правда хороший способ привлечь всеобщее внимание к сложным технологиям и донести до широкой публики их суть. Правда, открывается она пока только с десктопа. Советуем поиграть :)
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.