Квантовый компьюер

В ЮФУ создали систему кодов для устранения ошибок в квантовых компьютерах.

Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) разработали систему кодов для исправления ошибок в будущих квантовых компьютерах, сообщили ТАСС в понедельник в пресс-службе ЮФУ.

"В своем исследовании ученые изучили квантовые коды, исправляющие ошибки для нужд квантовых вычислений, и предложили использовать их как способ защиты от возникновения ошибок из-за влияния внешней среды", - говорится в сообщении.

В ЮФУ уточнили, что на возникновение ошибок при квантовых вычислениях влияют уровень шума и нарушение связи в одном кубите - квантовых аналогах битов - от уровня шума. Сами же ошибки в квантовых вычисления влияют на итоговый результат вычислений и, соответственно, правильную работу устройства.

"Мы исследовали квантовые коды и в ходе работы выяснили ключевые факторы, влияющие на появление ошибок во время квантового вычислительного процесса. На основе полученных данных была выдвинута гипотеза о применении дополнительных кодов к вычислительному процессу на разных стадиях самого вычислительного процесса", - приводятся в сообщении слова доцента кафедры вычислительной техники института компьютерных технологий и информационной безопасности ЮФУ Сергея Гушанского.

Систему, разработанную учеными ЮФУ, можно применять не только в будущих квантовых компьютерах, но и в любых других гаджетах и устройствах, где применяются квантовые вычисления, добавили в пресс-службе.

Результаты исследования ученых ЮФУ поддержаны грантом РФФИ и опубликованы в Software Engineering Application in Systems Design.

В России создан прототип квантового компьютера на ионах (куквартов).

Исследователям удалось разработать систему из четырех кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации - так называемых кудитов.

- На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом, - обозначил главное руководитель проектного офиса по квантовым технологиям в ГК "Росатом" Руслан Юнусов. - Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов. И это особенно примечательно, так как еще пять лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития.

Для понимания открывшихся перспектив необходимо пояснить, чем отличаются классические вычислительные устройства от квантовых. В первом случае вся информация раскладывается на биты - 0 или 1. А в квантовых вычислениях наименьшей единицей информации является квантовый бит (кубит), способный одновременно находиться в обоих состояниях сразу - то есть и 0, и 1. Количество состояний, в которых находится квантовый процессор, быстро растет с увеличением числа кубитов за счет возможности связывать их между собой. Эта особенность позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров.

Однако существуют и расширенные версии кубитов - уже упомянутые кудиты. Они способны одновременно находиться в трех состояниях (кутриты) или даже в четырех - это уже кукварты. Российские физики построили систему из двух куквартов, что полностью эквивалентно четырем кубитам. Работа проводилась научным коллективом ФИАН под руководством Николая Колачевского и группой исследователей Российского квантового центра.

В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере два иона и с помощью лазера провели с ними набор целенаправленных манипуляций. В результате удалось показать, что "качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами". А это сулит в будущем гораздо более высокое качество квантовых алгоритмов.

- Для нас это первый значимый результат в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, - подтвердил Руслан Юнусов.

Источник:

https://rg.ru/2021/12/28/v-rossii-sozdan-prototip-kvantovogo-kompiutera-na-ionah.html

В Москве в тестовом режиме запустили первую открытую квантовую сеть.

В России впервые продемонстрировали работающий квантовый процессор.

Команда учёных МФТИ и НИТУ МИСиС реализовала четырёхкубитный квантовый процессор и продемонстрировала на нём точности двухкубитных операций CZ более 97%. Эксперимент был проведён в МФТИ 8 ноября.

Для этого использовалась сверхпроводниковая интегральная квантовая микросхема, которая была изготовлена сотрудниками Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ.

Для реализации неразрушающего считывания кубитов посредством индивидуальных микроволновых резонаторов использовался широкополосный джозефсоновский параметрический усилитель, который был разработан совместно МФТИ и НИТУ МИСИС.

«Учёными Университета МИСИС и МФТИ впервые в России были экспериментально реализованы алгоритмы перекрестно-энтропийного тестирования и квантовой томографии процесса, которые теперь позволяют проводить оценки точности в принципе любых одно- и двухкубитных вентильных операций на системах сверхпроводниковых кубитов», — рассказал научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСИС Илья Москаленко.

"Нам удалось показать высокоэффективные квантовые операции на системе 4-х кубитов, что является уникальным достижением для российских квантовых технологий. В проведённом эксперименте время отдельной логической операции составляет около 0,025 мкс.  Это позволяет реализовать более 3200 операций за время жизни квантового состояния процессора. При изготовлении квантовой интегральной микросхемы технологами из МФТИ были отработаны важные особенности технологического процесса, что позволило нам существенно улучшить ключевые характеристики кубитов." - сообщил профессор Олег Астафьев.

Следующим этапом совместного проекта будет разработка и испытания 8-кубитных симуляторов и процессоров.

Источник:

https://www.ixbt.com/news/2022/11/16/v-rossii-vpervye-prodemonstrirovali-rabotajushij-kvantovyj-processor.html

Россия и Китай успешно протестировали квантовую связь с помощью спутника.

Россия и Китай решили объединить свои усилия в этом направлении. Недавно состоялось совместное тестирование технологии c использованием запущенного в 2016 году китайского квантового спутника Mozi и двух наземных станций — российской в подмосковном Звенигороде и китайской, расположенной на северо-западе Китая. Расстояние между ними составило более 3700 км.

В ходе испытаний были переданы защищенные квантовыми ключами сигналы в виде двух изображений. Вначале они были переданы с российской станции на спутник Mozi и уже с него на станцию в Китае. Однако, несмотря на успех самого сеанса связи, по-прежнему остаются нерешенными ряд технических проблем. Одна из них — масштабируемость. Для создания сети квантовой связи предстоит построить значительную инфраструктуру.

Помимо этого, пока проблематична и передача квантовых сигналов на большие расстояния. Дело в том, что используемые в сеансах частицы света — чрезвычайно хрупкая субстанция. Любое вмешательство разрушает поток частиц, что, с одной стороны, делает невозможным перехват сигнала, но с другой — ограничивает дальность его передачи.

Источник:

https://www.techcult.ru/science/13273-rossiya-i-kitaj-protestirovali-kvantovuyu-svyaz

Ученые создали материал для изучения квантовых систем при комнатной температуре.

Исследователи синтезировали монокристаллы, которые потенциально применимы для создания кубитов в квантовых компьютерах.

Специалисты Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова в составе группы российских ученых разработали материал, который в будущем может стать основой квантовых систем, работающих при комнатной температуре. Об этом сообщила пресс-служба вуза.

Авторы синтезировали монокристаллы - аналоги редкого минерала намибита. Особенности его структуры могут говорить о свойствах, применимых для создания из этих материалов кубитов для квантовых компьютеров, предполагают ученые.

"На сегодняшний день сверхпроводящие материалы являются лидером квантовых технологий. Однако их использование требует чрезвычайно низких температур. Низкоразмерные магнетики могут оказаться применимыми уже в комнатных условиях. В их кристаллических структурах атомы переходных металлов образуют цепочечные или слоистые фрагменты", - говорится в сообщении.

Экспериментальные исследования полученного материала подтвердили возможность его использования при комнатной температуре.

https://nauka.tass.ru/nauka/19024973

Физик СПбГУ стал первым российским ученым — лауреатом премии ISCS 2020 Quantum Devices.

Руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ профессор Алексей Кавокин стал первым за всю историю российским ученым, удостоенным премии Quantum Devices Award. Эту награду вручают за новаторский вклад в области сложных полупроводниковых приборов и устройств с квантовыми наноструктурами. Из-за эпидемиологической обстановки в мире церемония вручения состоится в следующем году — во время Compound Semiconductor Week 2021 в Швеции.

Оргкомитет отметил, что премия присуждена Алексею Кавокину за предсказание бозе-эйнштейновской конденсации экситонов и экситонных поляритонов при комнатной температуре, что позволило создать поляритонные лазеры. Они потребляют в несколько раз меньше энергии, чем традиционные полупроводниковые лазеры, и, главное, на основе поляритонных лазеров можно создавать кубиты — базовые элементы квантовых компьютеров будущего. Эти технологии вносят существенный вклад в развитие квантовых вычислительных систем.

«Россия является одним из мировых лидеров в поляритонике — области физики, занимающейся свето-материальными квазичастицами, или жидким светом. Именно на основе жидкого света мы разрабатываем поляритонные лазеры — приборы, которые могут принести нашей стране победу в гонке развития квантовых технологий. В то время как американские гиганты Google и IBM вкладывают миллиарды в квантовые технологии на основе сверхпроводников, мы идем по гораздо более дешевому и потенциально более перспективному пути развития поляритонной платформы для квантовых вычислений. Премия является для меня свидетельством того, что наш приоритет в области квантовой поляритоники признан международным научным сообществом», — отметил Алексей Кавокин.

Премия Quantum Devices Award была учреждена в 2000 году компанией Fujitsu Quantum Devices Ltd., входящей в состав крупной японской корпорации Fujitsu — производителя электроники и IT-компании. Сегодня награда финансируется японской секцией руководящего комитета Международного симпозиума по составным полупроводникам (ISCS) наряду с другими престижными научными наградами — The Welker Award и The Young Scientist Award. Отметим, что премию Quantum Devices Award ранее вручали ученым из Германии, Японии, Швейцарии, Великобритании и многих других стран, но впервые вручили ученому из России.

Сегодня Алексей Кавокин возглавляет в СПбГУ лабораторию оптики спина имени И. Н. Уральцева, возглавляет группу квантовой поляритоники в Российском квантовом центре, а также является профессором Университета Саутгемптона (Великобритания), где заведует кафедрой нанофизики и фотоники. В 2011 году ученый выиграл мегагрант Правительства Российской Федерации, в рамках которого была создана лаборатория оптики спина имени И. Н. Уральцева, а в 2018 году возглавил Международный центр поляритоники в Университете Вестлейк в Китае.

Источник:
https://www.atomic-energy.ru/news/2020/05/21/103855

Докучаевит: российские ученые открыли новый минерал на Камчатке

Ученые из Санкт-Петербургского университета (СПбГУ) открыли новый минерал. Его магнитные свойства могут использовать при создании квантовых компьютеров, сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу вуза.

Минерал (Cu8O2(VO4)3Cl3) обнаружили во время экспедиции на Камчатку, на вулкане Толбачик. Его назвали в честь выдающегося ученого XIX века, основоположника почвоведения Василия Докучаева.

«Состав и кристаллическая структура находки не имеют близких аналогов не только среди известных минералов, но также и среди сотен тысяч синтетических соединений», – подчеркивает пресс-служба СПбГУ.

Всего на вулкане Толбачик нашли более 400 из 5,5 тысяч известных минералов. Ученые отмечают, что это «своего рода леса Амазонии неорганического мира». По их данным, на вулкане находятся примерно 15 % всех минералов Земли.

В структуре нового минерала атомы меди окружены кислородом и хлором. Профессор СПбГУ Олега Сийдру уверен, что эти свойства позволяют считать докучаевит потенциальным источником магнитных материалов для богатого практического применения. Предполагается, что материалы, подобные докучаевиту, могут быть полезны при создании квантовых компьютеров.

Источник:

https://mir24.tv/news/16413126/dokuchaevit-rossiiskie-uchenye-otkryli-novyi-mineral-na-kamchatke

Разработан первый в России атомный чип.

Команда из Высшей школы экономики, Института спектроскопии РАН и Московского физико-технического института разработала чип на холодных атомах. Холодные атомы используют в сферах, где необходима высокая точность, сейчас исследователи работают над созданием атомных часов, которые могут использовать на космических аппаратах и Международной космической станции.

Чипы на холодных атомах — устройства, способные захватывать и удерживать атомы, доведенные до сверхнизких температур. Уже в конце 1970-х ученые Института спектроскопии РАН доказали, что атомарные газы можно эффективно охлаждать лазерным излучением, и провели первый в мире эксперимент. Впоследствии атомные чипы использовались для создания ансамблей холодных атомов.

Но рабочих атомных чипов в России до последнего времени не было. Исследовательская группа из Института спектроскопии РАН, НИУ ВШЭ и МФТИ представила новое решение — первый российский чип на холодных атомах.

Температура атома связана с его энергией и движением. Чтобы снизить скорость, нужно отнять энергию атома и таким образом его охладить. Это возможно при помощи специальной конфигурации лазерных полей вблизи чипа. Атомы рубидия охладили до температуры порядка 200 мкК, чтобы они не выбрались из магнитных ловушек, создаваемых атомным чипом.

Чип состоит из кремниевой пластинки, на которой сформированы микропровода. При пропускании через провода электрического тока вокруг чипа образуются магнитные поля, которые взаимодействуют друг с другом, из-за чего в определенной точке возникает минимум магнитного поля. Атомам энергетически выгодно находиться в областях минимума, поэтому именно в таких ловушках ученые захватывают атомы и затем работают с ними.

Чтобы провода чипа не взрывались из-за термического перегрева при прохождении электрического тока, ученые использовали провода из серебра и золота толщиной несколько микрометров. Такие условия позволили пропускать ток большей силы, достигающий 10 ампер.

«Холодные атомы используют в приложениях, где требуется высокая точность измерений, например для GPS-навигации. Сейчас мы занимаемся разработкой атомных часов, которые могут быть использованы на спутниках. Принцип их работы основан на том, что генератор частоты должен постоянно поддерживать эталонную частоту, а значение этой частоты связано с атомным переходом рубидия под воздействием микроволнового излучения,— объясняет доцент базовой кафедры квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН НИУ ВШЭ Антон Афанасьев.— Спектры возбуждения атомов помогают понять, как взаимодействует электромагнитное излучение с атомами. Чем ниже температура атомов, тем более узкие спектральные линии получаются и тем точнее их можно измерить. В нашем случае — тем точнее будут часы».

Атомные чипы можно использовать не только как источник холодных атомов, но и как сложное самостоятельное устройство. Исследователи предлагают измерять с помощью атомных чипов гравитационные поля.

Источник:

https://www.kommersant.ru/doc/5733399