Аммиак — очень востребованное химическое соединение, которое применяется в удобрениях. Но в силу неэффективности процесса его производства на него тратится, по некоторым данным, порядка 2-3% всей мировой энергии. Если с помощью квантового компьютера оптимизировать или разработать иной способ квантовые технологии производства аммиака, можно было бы сэкономить значительные объемы энергии. За статус лучшего решения сейчас борются различные платформы квантовых компьютеров — гонка активно идет. Квантовые свойства можно использовать, чтобы строить новые устройства, в том числе для обработки информации.

Введение в квантовую связь, криптографию и сети

Ближе всех к цели подошла группа Николая Колачевского из совместной лаборатории Физического института им. Лебедева (ФИАН) и Российского квантового центра (РКЦ), занимающаяся квантовыми компьютерами на ионах. Мы поговорили о работе над этим проектом с заместителем руководителя научной группы Ильей Семериковым. В Центре квантовых технологий в рамках данного направления ученые продолжают экспериментальные и теоретические исследования одноатомных одноэлектронных устройств, а также занимаются разработкой и созданием наноразмерных систем и устройств. Квантовая криптография – единственный способ обмена секретными ключами, безусловно гарантирующий их секретность.

Кто оплачивает наше квантовое будущее

На классическом компьютере вам нужно просмотреть каждый файл, один за другим. С алгоритмом Гровера вы сможете обойтись всего лишь за √N проверок, то есть в вашем случае, вместо 100 проверок, вам нужно будет проверить лишь около 10 файлов.

Кто управляет квантовым развитием

В том же году китайские ученые запустили первую в мире квантовую оптоволоконную линию связи протяженностью свыше 2 тыс. Помимо потенциальной защиты онлайн-данных, квантовая технология может взломать современное шифрование. Стандартные методы шифрования сегодня основаны на математических расчетах, которые легко вычислить в одном направлении, но очень сложно повернуть в обратном направлении.

Какие существуют области квантовых технологий

Еще один характерный момент — явление квантовой запутанности, т.е. Проявление очень сильной взаимосвязи между квантовыми объектами. В системе из двух связанных монеток, зная состояние одной, мы могли бы измерить или изменить состояние другой. Согласно ЭПР, можно изменить координату и импульс, если у нас есть две одинаковые частицы, которые разлетаются в противоположные стороны с одинаковой скоростью, суммарный импульс которых равен нулю. Так, измерив импульс частицы А, мы узнаем и импульс частицы В, а измерив координату частицы В, мы узнаем и координату частицы А. В настоящее время усилия ведущих игроков сосредоточены в направлении разработки специализированных квантовых вычислителей для конкретной задачи (так делает D-Wave) и универсальных квантовых компьютеров для решения разных задач (IBM, Google).

Где учиться Quantitative Finance?

Но сети квантовой криптографии уже активно развертываются по всему миру. А наибольшая создана в Китае — это магистральная сеть протяженностью больше 4 тыс. Сегодня этой сетью пользуются банки для обмена регуляторной информацией и для защиты наиболее чувствительных данных, подпадающих под категорию долгосрочной безопасности. Кроме того, мы работаем совместно с иностранными компаниями, например с Nissan. Автомобильной индустрии квантовый компьютер поможет с химическим моделированием в процессе разработки нового поколения аккумуляторных батарей. Речь здесь идет не только о железе, но и о соответствующих алгоритмах.

Чем квантовый компьютер превосходит обычный?

Вторая такая компания — «Дефан», поставляющая высокочувствительные универсальные фотодетекторы. Эти устройства демонстрируются на крупнейших технологических выставках от Мюнхена до Лас-Вегаса и находят самое широкое применение — от лазерных сканеров и масс-спектрографов до лидаров и систем космической связи. РКЦ — полностью негосударственное учреждение, которое существует на грантовые средства и частные инвестиции.

Именно это делает квантовую физику, пожалуй, самой увлекательной из всех областей физики. Применение этих невообразимых моделей поведения для создания новых технологий открывает новые невероятные перспективы. Если комбинировать различные методы использования квантовых компьютеров, скажем оптимизацию химических процессов и машинное обучение, можно ускорить решение такой задачи, как создание лекарств. Для работы в этом направлении нам нужны точные сведения о химических соединениях — кандидатах на роль лекарства.

Хоть и с некоторым отставанием Россия сегодня включена в мировой квантово-механический тренд. Инициатива оперативно включиться в него исходила от представителей научного сообщества, объединенных в последние годы усилиями финансируемого Газпромбанком Российского квантового центра (РКЦ). Обеспечив тесное взаимодействие передовых ученых, государства и первых лиц бизнес-сообщества, именно он буквально «пролоббировал» квантово-технологическую повестку. Правда, оба канала используются исключительно для обмена ключами шифрования, поскольку способны передавать лишь очень малые объемы информации.

В первой ловушке она составляла 1,5 МГц, в новой достигает 4,4 МГц. К тому же поле должно быть с низкими шумами, оно характеризуется темпами нагрева по числу фононов (квазичастица, квант энергии согласованного колебательного движения атомов) в секунду. Вот, например, в старом устройстве число темпа нагрева достигало 10 тыс. Фононов в секунду, а в новом – всего 10, как у лучших ловушек в мире. Квантовыми компьютерами Илья занимается всего четыре года, до этого он шесть лет работал с квантовыми сенсорами, а начинал свой путь в науку вообще с теоретической астрофизики, сидя этажом выше в том же институте.

Связано это с тем, что из-за инженерных сложностей на значительные расстояния удается успешно пересылать лишь очень небольшое количество запутанных частиц. Метрология, наука об измерениях, представляет собой науку, которая применяется главным образом в области научных приборов. Высококачественные измерительные устройства, такие как атомные часы, магнитно-резонансная томография и электронные микроскопы, подпадают под сферу метрологии, и все они основаны на открытиях в квантовой физике.

Ионы расположены в вакуумной камере на расстоянии порядка 5 микрон друг от друга. Цепочкаиз 10 ионов – уже 50 микрон, вполне макроскопическая величина. «Зарядка» компьютера ионами происходит при помощи небольшой трубочки, в которую забит металлический иттербий.

В рамках центра ведутся исследования в области волоконной и атмосферной квантовой криптографии, физики холодных атомов, квантовой оптики, нанофотоники и нелинейной оптики, а также криоэлектроники. Большое внимание при работе центра уделяется образовательным программам для слушателей самого разного уровня. Разработкой квантового компьютера в «Росатоме» занимаются ученые ВНИИА им. Он же руководил разработкой «дорожной карты» развития всех трех квантовых направлений, которую РКЦ осуществил совместно с НИТУ МИСиС, выиграв тендер «Росатома».

Особенно активно в этом направлении сейчас работают ИТ-корпорации. А в последнее время в этой нише из среды университетов и научных центров появилось много стартапов, предлагающих оригинальные технологии и наращивающих за счет этого свою капитализацию. Яркие примеры — IonQ и Rigetti, которые в этом году стали первыми «единорогами» в области квантовых вычислений.

И ничто, включая наше сознание, не может перемещаться из одного момента в другой или из одной вселенной в другую. Примерно так можно описать концепцию времени в квантовой теории. Эксперт компании «Криптонит» Игорь Нетай несколько лет назад выдвинул гипотезу, которая только сейчас подтвердилась в научном сообществе. Какая гипотеза и причём здесь квантовые компьютеры — рассказываем ниже.

• Я занимаюсь разработкой автоматизированных торговых систем и алкоалготрейдингом.
• Под угрозой окажутся банки, телеком, ритейл, коммерческая и государственная тайна.
• Отрицание реальности этих альтернатив и выделение какого-то особого момента «здесь и сейчас» является проявлением солипсизма и пространственно-временного шовинизма.
• Это одно из направлений работы лаборатории криптографии компании «Криптонит».
• Поиск оптимального решения можно представлять себе как блуждание по ландшафту с холмами и впадинами различной глубины в поисках минимума.

Несколько таких стартапов уже начали поставки серийных продуктов. «Газпромбанк — одна из первых организаций в России, кто инвестировал в квантовые технологии»,— говорит заместитель председателя правления Газпромбанка Дмитрий Зауэрс. По его словам, для банка сотрудничество с РКЦ — это «возможность присоединиться к решению одной из самых амбициозных технологических задач, создающей недоступные ранее вычислительные и инвестиционные перспективы». Состоит он из ведущих ученых с мировым именем — таких, как нобелевский лауреат Вольфганг Кеттерле и пионер практической реализации квантовых компьютеров Петер Цоллер. Этому совету напрямую подчиняются так называемые Principal Investigators, стоящие во главе каждой из 15 научных групп. Одной из ключевых технологий, которую, как ожидается, принесет современная революция в физике, станут квантовые вычисления.

Первые вложения обеспечил инноцентр «Сколково» — в 2010 году РКЦ стал одним из его первых 15 резидентов и в 2011-м получил грант на 435 млн руб. В 2015 году крупнейшим частным партнером центра стал Газпромбанк, инвестировав в его проекты 230 млн руб. Но когда в 1980-х годах криптографы заложили математические основы этого подхода к информационной безопасности, несколько исследователей обнаружили, что вычислительная сложность — не единственный способ защитить секреты. Оказалось, что квантовая теория, изначально разработанная для понимания физики атомов, глубоко связана с информацией и криптографией.

Квантовые компьютеры обещают радикальное сокращение числа вычислительных операций, необходимых для решения задач моделирования, что теоретически приводит к ускорению вычислений. Заинтригованные этим, ученые-естественники и компьютерщики, математики и экономисты находят потенциальное применение квантовых компьютеров в своих областях. В частности, ученые ищут ускорение для решения трудноразрешимых задач, сложность которых возрастает в геометрической прогрессии. Например, некоторые современные исследования сравнивают риск финансового портфеля с уровнями энергии , которые можно оптимизировать с помощью квантовых вычислений. Если будет создан достаточно мощный квантовый компьютер, способный многократно быстрее, чем это позволяют классические методы, раскладывать числа на простые множители, мы столкнемся с темной стороной квантовых вычислений.