Rambler's Top100
Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Книжная лавка | Голосование | Топ-лист | Регистрация | Дискуссия
Лучшие молодые
ученые России

Авторские научные обозрения в "Русском переплете"
"Физические явления на небесах" | "Неизбежность странного микромира" | "Биология и жизнь" | "Terra & Comp" | Научно-популярное ревю | Теорфизика для малышей
Семинары - Конференции - Симпозиумы - Конкурсы

TERRA & Comp
С 07 августа 2003 года обозрение ведет Александр Семенов
До 10.07.2002 вел Кирилл Крылов

НАУКА

Новости

Научный форум

Научно-популярный журнал Урания в русском переплете

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Кто перым провел клонирование?

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

 Журналы в сети:

Nature

Успехи физических наук

New Scientist

ScienceDaily

Discovery

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology


"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

29.11.2023
21:35

Строительные блоки жизни могли образоваться вблизи формирующихся звезд и планет

    Жизнь на Земле, с геологической точки зрения, появилась недавно. Однако ингредиенты, которые объединились, чтобы сформировать ее, могут быть намного старше . . .

29.11.2023
18:07

Первые бактерии могли появиться в плотных межзвездных облаках

    Китайский астроном из обсерватории Цзыцзиньшань развивает идею о том, что жизнь может зарождаться в молекулярных облаках. По его новым расчетам, условия в этих . . .

29.11.2023
17:13

Фильмы и сериалы стали опаснее для климата

    Стриминговые сервисы подарили людям бесчисленные часы радости. Но какой ценой? В своем исследовании ученые из Великобритании показали, что производство фильмов и . . .

29.11.2023
16:43

Астрономы нашли следы древнейших сверхновых во Вселенной

    В далекой галактике, когда с момента Большого взрыва прошло 350 миллионов лет, ученые обнаружили следы «тяжелых» элементов. В таком количестве они могли появиться . . .

29.11.2023
15:58

По стопам фараонов: опубликованы видео строительства новой столицы Египта

    Новая административная столица Египта расположится недалеко от Каира и будет включать в себя самое высокое здание Африки, хрустальную пирамиду и огромный дворец . . .

29.11.2023
15:51

ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ: КВАНТОВЫЙ ИНТЕРНЕТ

    С момента демонстрации работы первого в России двухкубитного квантового процессора – устройства, использующего явления квантовой физики для решения вычислительных задач, – в рамках проекта «Лиман» прошло почти четыре года. Проект «Лиман» стал уникальной кооперацией, в которую входили, с одной стороны, Министерство образования и науки, Фонд перспективных исследований, ГК «Росатом» и, с другой стороны, ведущие университеты и научные центры в области квантовых технологий. Результаты работы проекта сыграли важнейшую роль для формирования отрасли квантовых вычислений в России по нескольким причинам.

    Во-первых, стало понятно, что в России набрана критическая масса компетенций в области создания сверхпроводниковых квантовых процессоров. Квантовый процессор – устройство для реализации вычислений на основе управления отдельными квантовым системами. На сегодня существует несколько способов реализации квантовых процессоров, одним из которых является использование сверхпроводниковых контактов – микроскопических сверхпроводящих структур. Такой подход был выбран многими индустриальными лидерами по всему миру, например, компанией Google, IBM и Alibaba. К ключевым преимуществам сверхпроводникового вектора развития квантовых вычислений стоит отнести их технологичность, так как структуры создаются при помощи хорошо разработанной технологии литографии, и сочетание высокой скорости и качества квантовых операций. Безусловно, есть и свои вызовы, например, совершенствование технологии разработки идентичных кубитов (так как любые дефекты приводят к дополнительным ошибкам).

    Во-вторых, сеть взаимодействующих организаций, в которую входили НИТУ МИСИС, ВНИИИ им. Духова, МФТИ, НГТУ и Российский квантовый центр, в рамках проекта «Лиман» наладила разработку и тестирование сверхпроводниковых квантовых чипов, а также впервые в России провела работу по демонстрации алгоритма Гровера – квантового алгоритма для поиска в неупорядоченной базе данных.

    В 2019 году была разработана Дорожная карта развития квантовых технологий, направленная на масштабирование квантовых процессоров: увеличение количества кубитов и качества квантовых операций. С 2020 года началась реализация Дорожной карты по квантовым вычислениям, за реализацию которой отвечает ГК «Росатом». Помимо сверхпроводниковых квантовых процессоров развиваются и другие платформы для квантовых вычислений, например, нейтральные атомы, ионы и оптические кубиты. Были продемонстрированы шестнадцатикубитные квантовые процессоры на ионах и нейтральных атомах, а также восьмикубитные сверхпроводниковые процессоры. Но можно ли считать, что на этом этапе основные научные задачи решены и развитие квантовых технологий переходит полностью в плоскость инженерных разработок? Оказывается, что ряд актуальных задач требует смены парадигмы.

    Проблема масштабирования

    Квантовый компьютер необходим для решения определенных классов задач, для которых принципиально невозможно эффективно применять привычные нам классические компьютеры и суперкомпьютеры. Первоначальная идея, возникшая на заре развития квантовых вычислений, состояла в том, чтобы использовать квантовый компьютер для моделирования других квантовых систем, например, молекул и материалов, – это была концепция, высказанная Ричардом Фейнманом в начале 1980-х. Задачи моделирования материалов крайне важны для многих практических применений, например, в авиационной отрасли, а моделирование молекул принципиально важно для фармакологии. Однако уже в это же время анализом потенциала применения квантовых систем для вычислений в гораздо более широком контексте занимался Юрий Манин. В его книге «Вычислимое и невычислимое», опубликованной в 1980 году, обсуждалось, что большие квантовые системы крайне затруднительно анализировать с помощью классических компьютеров – возможность находиться в нескольких состояниях (квантовая суперпозиция) и проявление корреляций между объектами квантовой природы (квантовая запутанность) приводят к тому, что количество ресурсов (времени и памяти) для вычислений свойств квантовых систем растет экспоненциально. Начиная с 1990-х формализация идей Манина и Фейнмана привела к бурному исследованию квантовых алгоритмов: появились идеи использования квантовых компьютеров для решения криптоанализа, оптимизации, решения линейных уравнений и т.д.

    Однако каждая из этих задач требует большого количества кубитов – базовых вычислительных элементов квантового компьютера. Банковские транзакции.  Например, для взлома алгоритма RSA-2048, который сегодня используется для криптографической защиты информации, с помощью известного квантового алгоритма Шора необходимо 20 миллионов кубитов, тогда как наиболее мощные на сегодняшний день квантовые вычислительные устройства оперируют сотнями кубитов. Другим примером применений квантовых компьютеров является моделирование. Например, с помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, а в перспективе – значительно ускорить решение задач вычислительного материаловедения. Однако для демонстрации вычислительного преимущества в этих задачах также требуются сотни тысяч и миллионы кубитов.

    Так что для решения практических задач необходимо значительно увеличить количество кубитов – т.е. масштабировать квантовый компьютер. Важная задача при этом не потерять качества контроля над кубитами. Только одновременное увеличение количества кубитов и качества операций с ними – залог роста мощности квантовых компьютеров, приближающего их к решению практических задач.

    Поиск идеальной системы

    Сегодня несколько физических платформ борются за статус лидера в области квантовых вычислений. Серьёзные результаты достигнуты в экспериментах со сверхпроводниковыми кубитами, а также нейтральными атомами, ионами и фотонами. Также активно развиваются полупроводниковые кубиты – их серьезным преимуществом – как и в случае сверхпроводниковых квантовых процессоров – может быть существующая технологическая база для классических процессоров.

    Однако каждая из вышеупомянутых платформ сталкивается с проблемой сохранения качества контроля при увеличении количества кубитов. Использование в качестве кубитов ионов в ловушках позволяет достичь высокого качества квантовых операций, однако количество одновременно контролируемых кубитов-ионов в ловушке порядка 20 и, по всей видимости, может быть увеличено до 50-100. Для нейтральных атомов количество может быть выше, уже показаны эксперименты с 256 атомными кубитами, однако качество операций значительно ниже ионов и сверхпроводников. Недавно анонсированные сверхпроводниковые процессоры IBM имеют 127 и 433 кубита, однако в случае с 127 кубитами качество операций не позволяет решать задачи быстрее классического компьютера, а параметры 433-кубитного процессора пока неизвестны.

    Вполне возможно, часть проблем можно будет решить при помощи новых подходов к созданию кубитов. Если большинство сверхпроводниковых процессоров в мире используют так называемую архитектуру трансмона, то группой исследователей из НИТУ МИСИС, РКЦ МФТИ, ВНИИА им. Духова и МГТУ им. Н.Э. Баумана была продемонстрирована новая система – кубиты флаксониумы с высоким качеством квантовых операций. Близкие результаты были показаны компанией Alibaba.

    Однако можно предположить и другой сценарий, в котором в рамках развития существующих платформ мы увидим определенные пределы для масштабирования. Неизвестно, носят ли эти пределы фундаментальный характер и насколько можно продвинуться дальше, но очевидно, что нужны новые идеи. Одной из идей может стать создание сетей взаимосвязанных квантовых процессоров промежуточного масштаба.

    Квантовый интернет

    В 2016 году в журнале Scientific American была сформулирована новая концепция будущего квантового компьютера. Авторы статьи предлагали при следующем полете на самолете нам заглянуть в журнал авиакомпании. Там мы бы увидели, что авиалинии не связывают напрямую каждый город с каждым другим, потому что логистика и накладные расходы были бы крайне высокими. Вместо этого они используют центральные «аэропорты-хабы» для создания сетей непрямых соединений. Отказ от прямого подключения позволяет им расширять и управлять гораздо большей сетью пунктов назначения.

    Так что представления о квантовом процессоре как о едином локальном устройстве при их масштабировании могут быть пересмотрены. Технология квантового интернета, т.е. возможности соединять квантовые устройства в сети с использованием квантовых коммуникаций (передачи квантовых состояний), позволит увеличить мощность квантовых процессоров не только за счет увеличения количества кубитов в каждом отдельном процессоре, но и за счет связи нескольких процессоров между собой. Таким образом квантовый процессор будет состоять из нескольких «квантовых хабов», соединенных квантовыми коммуникациями. Важно отметить, что при соединении классических компьютеров в сеть их мощности складываются. А при соединении квантовых компьютеров в квантовую сеть их мощности перемножаются. Это дает колоссальный ресурс для решения вычислительных задач.

    В 2021 году было проведено несколько экспериментальных демонстраций базовых принципов квантового интернета, в том числе для модульных сверхпроводниковых квантовых устройств. Дальнейший прогресс в этой области стратегически важен для квантовых технологий, а потому комплекс проектов в этой области вошел в Программу развития Университета МИСИС на 2021–2030 гг. Оба ключевых для квантового интернета направления успешно развиваются вузом в лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», которая разрабатывает квантовые устройства на основе сверхпроводниковых кубитов, а также в Центре НТИ «Квантовые коммуникации», создающем технологии для квантовой передачи данных с целью защиты информации. Концепция «квантового интернета» также обсуждается как идея для следующих Дорожных карт по квантовым вычислениям с горизонтом 2030 года.

    Управление квантовыми системами

    Помимо «железа» сети квантовых коммуникаций и технология квантового интернета требуют создания новых алгоритмов, протоколов и методов управления. Наработанный опыт классических телекоммуникаций не всегда может быть напрямую использован в квантовых сетях, а потому требуются глубокие исследования. В области «квантового софта» задачи состоят в том, чтобы разработать протоколы квантовых коммуникаций для связи квантовых компьютеров и новой архитектуры квантовых вычислительных устройств, а также изучить динамику сложных квантовых систем и передачу информации в них. В рамках программы развития в Университете МИСИС также развивается и это направление: уже показаны новые протоколы генерации запутанных состояний и разрабатываются квантовые алгоритмы для решения прототипов прикладных задач, например, из области химии и оптимизации.

    Что дальше?

    Квантовые технологии, по оценкам экспертов, могут изменить наш мир еще более значительно, чем его изменили традиционные персональные компьютеры и интернет. В ближайшие десятилетия прогнозируется промышленное применение квантовых компьютеров для ускорения практических задач, например, оптимизации, моделирования и машинного обучения. Однако для полноценного масштабирования квантовых технологий нужны долгосрочные исследовательские программы, направленные на исследование новых принципов и архитектур, которые могут сыграть решающую роль для повсеместного внедрения и использования квантовых технологий. Такой областью – источником вдохновения для новых идей в перспективе 10 лет с высокой вероятностью станет квантовый интернет.

      Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

29.11.2023
15:09

ПРИРОДОПОДОБНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК НОВАЯ ЭРА РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

    Деловая программа III Конгресса молодых ученых открылась сессией «Природоподобные технологии: новая эра развития человечества». Ведущим сессии выступил . . .

29.11.2023
14:47

НАСА передало самый дальний космический сигнал в истории человечества

    Одна из главных проблем, с которой столкнутся первые марсианские миссии — надежная связь с Землей, находящейся за миллионы километров. Для тестирования . . .

29.11.2023
14:36

Астрономы выяснили, что наклонные орбиты у планет являются нормой

    Ученые давно ломали голову над тем, почему все планеты Солнечной системы имеют слегка наклонные орбиты вокруг Солнца. Но новое исследование, проведенное под . . .

29.11.2023
14:28

Обнаружено новое протоскопление массивных покоящихся галактик

    Международная команда астрономов сообщает об открытии нового протоскопления массивных покоящихся галактик с красным смещением около 4,0. Это первое обнаружение . . .

29.11.2023
14:24

Астрономы считают, что телескоп Gaia может помочь в обнаружении гравитационных волн

    Команда астрономов в статье, размещенной на сервере препринтов arXiv, предполагает, что обнаружить гравитационные волны можно по возмущениям, которые они вносят в . . .

29.11.2023
13:43

Тропические циклоны оказались опасны для небольших млекопитающих на континентах

    Они затапливают их местообитания и лишают еды Чем меньше размер млекопитающего и чем более открытым и низким в рельефе является его местообитание, тем более этот . . .

29.11.2023
13:28

Аномально высокая температура морской воды подтопила антарктический шельф

    Оказалось, что равновесие может нарушить даже совсем краткосрочное потепление Шельфовые ледники у антарктического побережья могут деградировать за считанные . . .

28.11.2023
18:46

У нейтронных звезд обнаружили уникальные свойства

    Международная группа астрономов выяснила уникальные свойства нейтронных звезд, относящихся к магнитарам и радиогромким пульсарам. Результаты исследования, . . .

28.11.2023
18:42

Обнаружены десятки гигантских радиогалактик

    Астрономы Университета Висконсин-Мадисон (США) сообщили об обнаружении нескольких десятков новых гигантских радиогалактик. Результаты наблюдений опубликованы . . .

28.11.2023
18:37

Объяснено таинственное излучение от черной дыры в Млечном Пути

    Ученые Национального автономного университета Мексики, изучая данные космического гамма-телескопа Fermi, объяснили происхождение таинственного излучения из . . .

28.11.2023
18:30

Раскрыты последствия приближения блуждающей звезды

    arXiv: раскрыты сценарии гибели Солнечной системы от блуждающей звезды Астрономы Университета Бордо во Франции раскрыли последствия приближения блуждающей звезды . . .

28.11.2023
18:10

Бореальные леса под угрозой: лесные пожары, вызванные молниями, угрожают важнейшим хранилищам углерода

    Новое исследование, проведенное группой международных ученых, показало, что в связи с изменением климата частота возникновения лесных пожаров, вызванных . . .

28.11.2023
15:47

Центр Земли на 2 года моложе ее поверхности

    Вы когда-нибудь задумывались о возрасте ядра Земли? Вот вам потрясающий факт: центр Земли на самом деле моложе ее поверхности! Это необычное явление было . . .

28.11.2023
15:38

Экспедиция СО РАН обнаружила высокий уровень самовосстановления природы

    Исследование проводили более 15 научных институтов СО РАН с привлечением заповедников, которые находятся недалеко от предприятий "Норникеля" Экспедиция . . .

<< 101|102|103|104|105|106|107|108|109|110 >>

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвижники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

ХРОНОС

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы

Помощь корреспонденту Добавить новость
НАУКА В "РУССКОМ ПЕРЕПЛЕТЕ"

Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Rambler's Top100