Российский квантовый компьютер 51 кубит. Квантовый компьютер в россии миф или реальность. Что создал Лукин

МОСКВА, 14 июл — РИА Новости. Российские и американские ученые, работающие в Гарварде, создали и проверили первый в мире квантовый компьютер, состоящий из 51 кубита. Устройство пока является самой сложной вычислительной системой такого рода, заявил профессор Гарвардского университета, сооснователь Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Лукин.

Физик сообщил об этом, выступая с докладом на Международной конференции по квантовым технологиям ICQT-2017, которая проводится под эгидой РКЦ в Москве. Это достижение позволило группе Лукина стать лидером в гонке по созданию полноценного квантового компьютера, которая неофициально проходит уже несколько лет между несколькими группами ведущих физиков мира.

Квантовые компьютеры представляют собой особые вычислительные устройства, чья мощность растет экспоненциальным образом благодаря использованию законов квантовой механики в их работе. Все подобные устройства состоят из кубитов — ячеек памяти и одновременно примитивных вычислительных модулей, способных хранить в себе спектр значений между нулем и единицей.

Сегодня существует два основных подхода к разработке подобных устройств — классический и адиабатический. Сторонники первого из них пытаются создать универсальный квантовый компьютер, кубиты в котором подчинялись бы тем правилам, по которым работают обычные цифровые устройства. Работа с подобным вычислительным устройством в идеале не будет сильно отличаться от того, как инженеры и программисты управляют обычными компьютерами. Адиабатический компьютер проще создать, но он ближе по принципам своей работы к аналоговым компьютерам начала XX века, а не к цифровым устройствам современности.

В прошлом году сразу несколько команд ученых и инженеров из США, Австралии и ряда европейских стран заявляли о том, что они близки к созданию подобной машины. Лидером в этой неформальной гонке считалась команда Джона Мартиниса из компании Google, разрабатывающая необычный "гибридный" вариант универсального квантового вычислителя, сочетающего в себе элементы аналогового и цифрового подхода к таким расчетам.

Лукин и его коллеги по РКЦ и Гарварду обошли группу Мартиниса, которая, как рассказал Мартинис РИА Новости, сейчас работает над созданием 22-кубитной вычислительной машины, используя не сверхпроводники, как ученые из Google, а экзотические "холодные атомы".

Как обнаружили российские и американские ученые, набор атомов, удерживаемых внутри специальных лазерных "клеток" и охлажденных до сверхнизких температур, можно использовать в качестве кубитов квантового компьютера, сохраняющих стабильность работы при достаточно широком наборе условий. Это позволило физикам создать пока самый большой квантовый вычислитель из 51 кубита.

Используя набор подобных кубитов, команда Лукина уже решила несколько физических задач, чрезвычайно сложных для моделирования при помощи "классических" суперкомпьютеров. К примеру, российские и американские ученые смогли просчитать то, как ведет себя большое облако частиц, связанных между собой, обнаружить ранее неизвестные эффекты, возникающие внутри него. Оказалось, что при затухании возбуждения в системе могут остаться и удерживаться фактически бесконечно некоторые типы колебаний, о чем раньше ученые не подозревали.

Для проверки результатов этих вычислений Лукину и его коллегам пришлось разработать специальный алгоритм, который позволил провести аналогичные расчеты в очень грубом виде на обычных компьютерах. Результаты в целом совпали, это подтвердило, что 51-кубитная система ученых из Гарварда работает на практике.

В ближайшее время ученые намерены продолжить эксперименты с квантовым компьютером. Лукин не исключает, что его команда попытается запустить на нем знаменитый квантовый алгоритм Шора, который позволяет взломать большинство существующих систем шифрования на базе алгоритма RSA. По словам Лукина, статья с первыми результатами работы квантового компьютера уже была принята к публикации в одном из рецензируемых научных журналов.

Российские ученые представили разработку, которая, по их словам, должна кардинально изменить жизнь человечества. Созданием квантовых компьютеров, способных работать в миллионы раз быстрее современных операционных систем, занимаются крупнейшие технологические корпорации мира. Но они уже признали победу коллег.

Это казалось фантастикой еще вчера - квантовые компьютеры, способные обогнать все существующие устройства. Они настолько мощные, что могут или открыть человечеству новые горизонты, или обрушить все системы безопасности, потому что смогут взломать их.

«Квантовый компьютер функционирующий, он гораздо страшнее атомный бомбы», - считает генеральный директор компании Acronis, сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов.

В разработку вкладываются крупнейшие корпорации: Google, IBM, Microsoft, Alibaba. Но сегодня в центре внимания - Михаил Лукин, физик из Гарварда и один из основателей Российского квантового центра. Его команде удалось создать самый мощный на данный момент квантовый компьютер.

«Это одна из самых больших квантовых систем, которые были созданы. Мы входим в тот режим, где уже классические компьютеры не могут справится с вычислениями. Делаем маленькие открытия уже, увидели новые эффекты, которые не ожидались теоретически, которые мы сейчас можем, мы пытаемся понять, мы даже до конца их не понимаем», - рассказывает профессор Гарвардского университета, сооснователь Российского квантового центра Михаил Лукин.

Все - из-за мощности таких устройств. Расчеты, которые на сегодняшнем суперкомпьютере займут тысячи лет, квантовый может сделать в один миг.

Как это работает? В обычных компьютерах информация и вычисления - это биты. Каждый бит - либо ноль, либо единица. Но квантовые компьютеры основаны на кубитах, а они могут находиться в состоянии суперпозиции, когда каждый кубит - одновременно и ноль, и единица. И если для какого-нибудь расчета обычным компьютерам нужно, грубо говоря, выстроить последовательности, то квантовые вычисления происходят параллельно, в одно мгновение. В компьютере Михаила Лукина таких кубитов - 51.

«Во-первых, он сделал систему, в которой больше всего кубитов. На всякий случай. На данный момент, я думаю, это больше чем в два раза больше кубитов, чем у кого-либо другого. И он специально сделал 51 кубит, а не 49, потому что Google все время говорил, что сделает 49», - объясняет гендиректор компании Acronis, сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов.

Создание самого мощного квантового компьютера пророчили ему. Джон Мартинес - руководитель крупнейшей в мире квантовой лаборатории корпорации Google. И свой 49-кубитный компьютер он планировал закончить только через несколько месяцев.

«22 кубита - это максимум, что мы смогли сделать, мы использовали все свое волшебство и профессионализм», - рассказывает он.

Мартинес и Лукин выступили на одной сцене - в Москве, на Четвертой международной квантовой конференции. Впрочем, соперниками ученые себя не считают.

«Неправильно думать об этом, как о гонке. Настоящая гонка у нас с природой. Потому что это действительно сложно - создать квантовый компьютер. И это просто захватывающе, что кому-то удалось создать систему с таким большим количеством кубитов», - говорит глава лаборатории «Квантовый искусственный интеллект» компании Google Джон Мартинес.

Но для чего нам понадобятся квантовые компьютеры? Даже сами их создатели не знают наверняка. С их помощью могут быть разработаны совершенно новые материалы, сотни открытий в физике и химии. Квантовые компьютеры - пожалуй, единственное, что может приоткрыть тайну человеческого мозга и искусственного интеллекта.

«Когда совершается научное открытие, его создатели не представляют всю мощь, которую оно принесет. Когда придуман был транзистор, то никто не представлял, что на этом транзисторе построятся компьютеры», - говорит директор Российского квантового центра Руслан Юнусов.

Один из первых компьютеров был создан в 40-х годах ХХ века и весил 27 тонн. Если сравнить с современными устройствами, то обычный смартфон по мощности - это как 20 000 таких машин. И это за 70 лет прогресса. Но если наступит эра квантовых компьютеров, уже наши потомки будут удивляться, как вообще пользоваться этим антиквариатом.

В рамках Международной конференции по квантовым технологиям ICQT-2017, которая проводится под эгидой РКЦ в Москве, профессор Гарвардского университета, сооснователь Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Лукин сообщил, что группа российских и американских ученых, работающих в Гарварде под его руководством, создали и протестировали первый в мире квантовый компьютер, состоящий из 51 кубита – самую сложную вычислительную систему из существующих на сегодня.

Квантовые компьютеры - особые вычислительные устройства, чья мощность растет экспоненциальным образом благодаря использованию законов квантовой механики в их работе, состоят из кубитов – ячеек памяти и одновременно примитивных вычислительных модулей, хранящих в себе спектр значений между нулем и единицей.

Разрабатывают такие устройства классическим или адиабатическим методом. Сторонники первого пытаются создать универсальный квантовый компьютер, кубиты в котором подчинялись бы тем правилам, по которым работают обычные цифровые устройства. Работа с ним похожа на то, как инженеры и программисты управляют компьютерами. Адиабатический компьютер проще создать, но он ближе по принципам своей работы к аналоговым компьютерам начала XX века, а не к традиционным цифровым устройствам.

В 2016 году несколько команд ученых и инженеров из США, Австралии и ряда европейских стран заявляли о том, что они создадут такую машину в ближайшем будущем. Так, команда Джона Мартиниса из Google разработала необычный «гибридный» вариант универсального квантового вычислителя, которые сочетает в себе элементы аналогового и цифрового подхода к расчетам.

Физик Лукин и его коллеги по РКЦ и Гарварду обошли группу Мартиниса, которая сейчас работает над созданием 22-кубитной вычислительной машины, используя не сверхпроводники, как ученые из Google, а экзотические «холодные атомы».

Так, группа Лукина обнаружила, что набор атомов, удерживаемых внутри специальных лазерных «клеток» и охлажденных до сверхнизких температур, можно использовать в качестве кубитов квантового компьютера, сохраняющих стабильность работы при достаточно широком наборе условий. Это позволило физикам создать на сегодня самый большой квантовый вычислитель из 51 кубита.

Используя набор подобных кубитов были решены несколько физических задач, чрезвычайно сложных для моделирования при помощи «классических» суперкомпьютеров. Учёные смогли просчитать то, как ведет себя большое облако частиц, связанных между собой, и обнаружить ранее неизвестные эффекты, возникающие внутри него. Оказалось, что при затухании возбуждения в системе могут остаться и удерживаться фактически бесконечно некоторые типы колебаний, о чем раньше ученые не подозревали.

Для этого был разработан специальный алгоритм, позволяющий провести аналогичные расчеты в очень грубом виде на обычных компьютерах. Результаты в целом совпали, это подтвердило, что 51-кубитная система ученых из Гарварда работает на практике.

Команда ученых намерена продолжить эксперименты с квантовым компьютером. По словам Лукина, они попытаются запустить на нем знаменитый квантовый алгоритм Шора, который позволяет взломать большинство существующих систем шифрования на базе алгоритма RSA. Результаты работы квантового компьютера уже описаны в одном из рецензируемых научных журналов.

Добрый день, друзья. У многих людей до сих пор существует стереотип, что в области компьютерных технологий наша страна в среде отстающих. Компьютеры и их комплектующие создаются на западе, а производятся в Китае и Таиланде. Но, это, мягко выражаясь – не совсем так.

Ученые по компьютерным технологиям из России предъявили всему миру своё новое детище. Данное изобретение в области компьютерных технологий должно перевернуть весь мир. А именно – квантовый компьютер. Этот ПК вычисляет в 1000000-ны раз быстрее, чем те ПК, которые находятся в крупнейших компьютерных корпорациях Земли. То, что наши ученые победители, приняли как факт иностранные коллеги.

Квантовик многим казался невозможным буквально еще год назад. Он настолько скоростной, что может перегнать все ПК, созданные в наше время. Его мощность такова, что она способна показать людям невероятные возможности, и разрушить большую часть систем безопасности, т.к. без особого труда взломает любую операционную систему.

Как заявил Сергей Белоусов, ген. директор Acronis, он же создатель квантового центра России – «Когда подобный компьютер начинает работать, он становится более опасным, чем атомная бомба.». Я с ним полностью согласен, люди ещё на знают всех возможностей подобного ПК.

Когда о том, что в России создаётся компьютер на основе кубитов, в данные проект России начали вкладываться такие гиганты, как Microsoft, Гугл, IBM, и крупнейший интернет магазин Алибаба. Сделать же квантовик смог профессор Михаил Лукин, который до этого работал в Гарварде, и ещё один человек из Квантового центра. Именно их команда и сделала мощнейший на сегодняшний день компьютер.

«Мы сделали самую скоростную систему на основе квантов из тех, которые были до этого. Наша команда вошла в тот этап, с которым обычные ЭВМ не в состоянии справиться. Сейчас, мы создаём небольшие открытия, и уже успели заметить детали, о возможности которых не подозревали даже в теории. Данные открытия даже мы не полностью понимаем», — говорит М. Лукин.

Разумеется, все из-за возможностей подобных компьютеров. Вычисления, которые обычный компьютер будет делать несколько тысяч лет, квантовик сделает за долю секунды.

Квантовый компьютер что это такое

Каков принцип работы подобного ЭВМ? Вкратце – простой компьютер создаёт свои вычисления за счет битов. Бит может быть или нулём, или единицей. Нули с единицами выстраиваются в определённую позицию и создают цифры или другие знаки. Это чем-то похоже на азбуку Морзе. Суть — да или нет. Точка — тире.

В квантовиках же принцип совершенно другой. Тут работают не биты, а кубиты. Подобные кубиты находятся в суперпозиции, т.е., кубит может в одно и тоже время быть и нулём, и единицей. Простые компьютеры выстраивают позиции, квантовики же вычисляют параллельно. За доли секунды. В Российском компьютере 51 кубит.

Попробую объяснить более понятно. Представьте, что в кинотеатре идёт интересный фильм. Вы сидите дома, и сами не можете понять, хотите вы увидеть этот фильм, или нет. То есть, в вас сразу присутствует и единица, и нуль. Но вот, вам позвонил ваш друг и предложил сходить на этот фильм. Вот теперь вы точно знаете, что желаете сходить на этот фильм. Другими словами, у вас теперь единица. Что-то похожее происходит и в системе, построенной на кубитах.

Что создал Лукин

Профессор со своей командой создали ОС, которая на данный момент имеет больше кубитов, чем в Американском аналоге. У американцев их пока 22. Как заявил С. Белоусов: — «Мы создали 51 кубит с запасом, чтобы наш компьютер оставался первым, так как представитель Гугл заявлял, что создаст ЭВМ, у которого будет 49 кубит».

Многие ученые верили, что самый скоростной ПК создаст Джон Мартинес. Он руководит одной из крупнейших на Земле квантовых лабораторий от Гугла. Воплотить в жизнь квантовый компьютер с 49 кубитами он собирался буквально месяца через три — четыре.

«Сейчас, в нашем компьютере имеется 22 кубита. Чтобы создать подобный компьютер, мы применили весь свой талант и профессиональный уровень.» — заявил Мартинес.

Джон и Михаил выступали в одном зале в Москве, на 4-й всемирной конференции по квантовым ПК. Однако, соперниками оба выдающихся изобретателя себя не считают. «Неверно пологать, что у нас с Россией гонка – заявил Мартинес – мы соперничаем с законами физики, так как, это очень трудно, воплотить в жизнь кубитный компьютер. Я в восторге, что кто-то сделал компьютер, у которого 51 кубит.» — заявил Мартинес.

Зачем нужны квантовые ЭВМ

На этот вопрос затрудняются ответить даже их изобретатели. Благодаря таким компьютерам, можно создать невероятные вещества, с новыми свойствами. Также, подобные компьютеры помогут открыть различные открытия в химии с физикой. Квантовик ближе прочих компьютеров к искусственному интеллекту.

С уважением Андрей Зимин

Внешний вид оптической ловушки, использовавшейся другим коллективом физиков

Institut für Experimentalphysik

Российско-американская группа физиков под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарвардского университета, создала программируемый 51-кубитный квантовый компьютер. Это самая сложная подобная система из существующих. Авторы проверили работоспособность компьютера моделированием сложной системы из множества частиц - это позволило физикам предсказать некоторые ранее неизвестные эффекты. Работа принята к публикации в одном из престижных научных журналов, доклад, посвященный разработке, был сделан на конференции ICQT, которая проходит в эти дни в Москве. Подробный разбор препринта работы можно прочитать в нашем .

Квантовые компьютеры оперируют особым типом битов - кубитами. В отличие от классических битов, эти логические элементы могут находиться одновременно в состоянии «ноль» и «единица», выдавая при измерении одно из них с известной вероятностью. Это позволяет разрабатывать принципиально новые алгоритмы вычислений, которые в некоторых случаях оказываются гораздо продуктивнее классических. К примеру, алгоритм Шора оказался экспоненциально быстрее классических алгоритмов разложения чисел на простые множители, а алгоритм Гровера позволяет быстрее находить корни булевых уравнений. Подробнее о квантовых компьютерах можно прочесть в «Квантовой азбуки».

Существует несколько платформ, на базе которых разрабатываются квантовые компьютеры. Основные - это сверхпроводящие квантовые кубиты и холодные атомы в оптических ловушках. Самой сложной программируемой универсальной системой до сегодняшнего дня был компьютер , разработанный IBM. Авторы новой работы улучшили результат в три раза, создав компьютер на холодных атомах, удерживаемых оптическими пинцетами. Как отмечает пресс-релиз, это полностью программируемый 51-кубитный квантовый компьютер.

Работоспособность системы ученые проверили парой экспериментов: вычислением поведения сложной системы, состоящей из большого числа связанных частиц с помощью квантового и классического компьютера. Авторы отмечают, что такие задачи чрезвычайно сложны и практически нерешаемы для традиционных систем. Результаты моделирования не только совпали, но и позволили предсказать неизвестный ранее эффект. Оказывается, при затухании возбуждения в системе могут остаться и удерживаться фактически бесконечно некоторые типы колебаний.

В будущем исследователи допускают реализацию на квантовом компьютере классического алгоритма Шора для разложения чисел на простые множители.

Интересно отметить, что многие коллективы называют 50 кубитов достаточной системой для демонстрации - квантового компьютера, решающего заведомо более сложные задачи, чем те, которые доступны классическим вычислителям. О планах достигнуть этой отметки к концу 2017 года заявляла группа ученых из Google под руководством Джона Мартиниса.

В неуниверсальных квантовых вычислителях можно встретить и большее количество кубитов. К примеру, системы для квантового отжига компании D-wave состоят из тысячи и более сверхпроводящих кубитов. Однако на них нельзя реализовать классические алгоритмы - например, алгоритм Шора. Они подходят лишь для определенного класса задач оптимизации. Тем не менее, на них уже , что квантовые системы могут превзойти современные компьютеры.

Владимир Королёв