Квантовые вычисления.

[Андрей Карпишин]

Intel выпустила свой первый квантовый процессор

Intel представила серийный квантовый процессор Tunnel Falls, содержащий 12 кремниевых спиновых кубитов.
Tunnel Falls представляет собой кремниевый чип, роль кубитов в котором выполняют «твердотельные кремниевые точки» — структуры на основе единичного электрона. Этот подход отличается от подхода IBM и Google (кубиты на сверхпроводящих элементах), и подхода IonQ и Quantinuum (кубиты на ионах в ловушках).
Размер кремниевого кубита сравним с размером транзистора, что делает технологию производства Tunnel Falls масштабируемой на большее число кубитов.
В 2024 году Intel планирует представить следующий квантовый процессор на кремниевых кубитах. Сейчас компания отстаёт от конкурентов по числу кубитов в Tunnel Falls, но рассчитывает на быстрый прогресс за счёт использования стандартного техпроцесса.
Производство Tunnel Falls запущено в Орегоне, процессоры изготавливаются на 300-мм пластинах по передовому КМОП-техпроцессу с использованием EUV-литографии.
Intel готова поставлять Tunnel Falls заинтересованным научным организациям. Ряд лабораторий США уже объявил о сотрудничестве с Intel.

[Андрей Карпишин]

В Японии заработал первый практический квантовый компьютер IBM — это мощнейшая 127-кубитная система Quantum Eagle
28.11.2023

Компания IBM сообщила, что на базе Токийского университета начал работать мощнейший в регионе квантовый компьютер — 127-кубитовая платформа IBM Quantum Eagle. Передача компьютера осуществлена в апреле этого года. От японских партнёров компания IBM рассчитывает получить идеи практического использования нового класса вычислительных устройств. Они обещают невообразимую мощь в обработке данных, но как это выглядит на практике, никто не знает.

Ранее IBM уже передавала японским учёным квантовые системы. Так, в 2021 году на площадке Kawasaki Токийского университета была развёрнута 27-кубитовая система IBM Q System One. Новый компьютер несёт процессор IBM Eagle со 127 кубитами и обещает многократно ускорить выполнение расчётов.

Классический подход предполагает, что для начала практического применения квантовых компьютеров нужны будут системы с десятками и сотнями тысяч физических кубитов. Согласно обоснованиям специалистов Google, например, для исправления ошибок в одном логическом кубите необходимо 1000 физических кубитов. Тем самым безошибочный квантовый компьютер на 1000 кубитов потребует 1 млн физических кубитов для коррекции ошибок. Это означает, что практическую ценность Google рассчитывает увидеть в системах с тысячами и десятками тысяч кубитов. В IBM заявляют, что это не так.

В опубликованной этим летом работе специалисты IBM доказывают, что практическая ценность квантовых систем начинается со 100 кубитов. Нетрудно догадаться, что платформа IBM Eagle со 127 кубитами заявлена как первая практическая, о чём также сейчас заявили японские партнёры компании. Это тем более важно, что современные обычные суперкомпьютеры не способны эмулировать более 50 кубитов при работе с квантовыми алгоритмами.

Развёрнутая в Японии платформа IBM Quantum Eagle будет использоваться местным консорциумом Quantum Innovation Initiative (QII), в который вошло около двух десятков учебных заведений страны и компаний. Квантовую систему будут обучать искать новые материалы, лекарства, научат работать с финансами, физикой, химией и социологией. Для IBM это сулит впечатляющей отдачей в области, куда ещё никто серьёзно не проникал. Затраты на это огромны, но благотворительности в этом нет. Пионеры получат всё.

[Андрей Карпишин]

IBM представила 1000-кубитный процессор

IBM представила первый в мире квантовый процессор с более чем 1000 кубитами. Однако дальше компания будет фокусироваться на менее масштабных чипах с коррекцией квантовых ошибок.
Новый квантовый процессор IBM Condor основан на 1121 сверхпроводящем кубите с сотовым расположением. Кубиты в нём стали меньше на 50 %, а выход годных чипов приблизился к 100 %.
Параллельно IBM выпустила квантовый процессор Heron с 133 кубитами, который отличается рекордной устойчивостью к ошибкам — их вероятность в 3-5 раз ниже, чем у прочих чипов.
Также IBM запустила модульную платформу квантовых вычислений Quantum System Two, в которую включена криогенная инфраструктура, управляющая электроника и классические сервера. В настоящее время в составе Quantum System Two работает три Heron.
В дальнейшем компания планирует сосредоточиться на чипах с небольшим числом кубитов с минимальной вероятностью ошибок. На следующий год IBM запланировала выход 156-кубитного Flamingo, а к 2029 году намерена выпустить первый чип на кубитах со встроенной коррекцией ошибок.

[Андрей Карпишин]

Совершена первая в истории успешная передача квантовой информации

Ученые сделали важный шаг к созданию защищенного квантового интернета. Последний успех исследователей из Великобритании и Германии открывает дверь в мир мгновенной и безопасной связи.

https://www.cnews.ru/news/top/2024-04-1 ... _peredacha

[Андрей Карпишин]

Amazon собрала квантовый компьютер на кошачьих кубитах — его ошибки исправляют «кошки Шрёдингера»

Восприимчивость к помехам — это самое слабое место квантовых компьютеров. Для защиты от ошибок квантовых вычислений нельзя применить классические решения. На помощь приходят либо запредельная избыточность, либо изощрённые архитектуры. Amazon сделала ставку на второе, обещая проложить к путь к практичным квантовым платформам.

https://3dnews.ru/1118932/amazon-sobral ... ryodingera

[Андрей Карпишин]

Квантовый компьютер на 56-кубитном процессоре впервые сгенерировал истинную случайность для криптографии

Объединённые суперкомпьютеры верифицировали «невзламываемую» случайность

Команда учёных из JPMorgan Chase, Quantinuum, Национальных лабораторий США (включая Аргоннскую, Ок-Риджскую и лабораторию Беркли) и Техасского университета в Остине совершила прорыв, впервые реализовав на квантовом компьютере практически полезную задачу — генерацию случайных чисел с математически доказанной надёжностью. Результаты открывают путь к новым стандартам безопасности в криптографии и защищённым коммуникациям.

Случайные числа — фундамент цифровой защиты: от шифрования данных до алгоритмов, требующих беспристрастности. Однако классические системы не могут гарантировать истинную случайность — их генераторы теоретически можно взломать. Квантовые компьютеры решают эту проблему, но до сих пор не существовало метода, позволяющего независимо проверить, что полученные числа действительно случайны.

Квантовый компьютер на 56-кубитном процессоре впервые сгенерировал истинную случайность для криптографии

Эксперимент основан на протоколе профессора Скотта Ааронсона (2018). Его суть — в комбинации квантовых вычислений и классической верификации. Учёные использовали 56-кубитный компьютер Quantinuum H2-1 (на ионных ловушках), к которому подключались через интернет. Устройство решало задачи на случайное схемное сэмплирование (RCS, Random Circuit Sampling) — настолько сложные, что даже объединённые суперкомпьютеры Ок-Риджа, Аргонна и Беркли с суммарной мощностью 1,1 эксафлопс (1,1 квинтиллиона операций в секунду) не справились бы за заданное время (менее 2,2 секунды на задачу). Суть RCS в том, чтобы создать настолько сложную задачу, что даже самые мощные классические суперкомпьютеры не смогут её быстро решить или предсказать итоговые данные. Например, квантовый компьютер получает инструкцию построить уникальный «лабиринт» из квантовых операций, а затем записывает, как через него проходит информация. Классические системы пытаются повторить этот путь, но из-за сложности и случайности схемы — не успевают. Это позволяет доказать, что результат был создан именно квантовой системой, а не сымитирован.

Каждый ответ квантовой системы проверялся методом XEB (кросс-энтропийное тестирование). Расчёты подтвердили: фальсификация данных потребует вычислительных ресурсов, недоступных даже самым мощным суперкомпьютерам.

Учёные доказали, что квантовый компьютер Quantinuum H2-1 создал 71 313 битов, которые не содержат скрытых закономерностей, не зависят от внешних факторов (в отличие от классических генераторов, которые могут быть скомпрометированы), проверены классическими суперкомпьютерами на соответствие критерию. Чтобы угадать или воспроизвести такую последовательность, злоумышленнику потребовалось бы перебрать 271311 вариантов. Для сравнения: современные суперкомпьютеры могут обрабатывать около 1018 операций в секунду, а здесь речь идёт о числе с десятитысячами цифр. Даже для квантовых компьютеров это пока недостижимо.

«Это не абстрактная демонстрация, а решение реальной проблемы, — заявил Марко Пистойя из JPMorgan Chase. — Наша работа показывает, как квантовые компьютеры могут выполнять задачи, критически важные для криптографии». Команда подчёркивает, что протокол устраняет зависимость от «доверия» к поставщику квантовых услуг — теперь клиент может верифицировать случайность удалённо.

Сейчас скорость генерации — около 1 бита в секунду, но улучшение точности квантовых операций (верность выполнения команд) и скорости их выполнения позволит масштабировать систему. В Quantinuum уже заявили, что технология станет основой для «квантовой безопасности» в финансах, производстве и других отраслях.

«Мы перешли от теории к практике, — отметил CEO Quantinuum Раджиб Хазра. — Следующий шаг — интеграция таких решений в индустрию». По оценкам участников проекта, сертифицированная случайность может стать стандартом для защиты данных и коммуникаций уже в ближайшее десятилетие, сократив риски взлома криптографических систем.

[Андрей Карпишин]

Подкину ка я ещё один парадокс:

Однажды в воскресенье начальник тюрьмы вызвал преступника, приговорённого к казни, и сообщил ему:

Вас казнят на следующей неделе в полдень.
День казни станет для вас сюрпризом, вы узнаете о нём, только когда палач в полдень войдёт к вам в камеру.
Начальник тюрьмы был честнейшим человеком и никогда не врал.

Заключённый подумал над его словами и улыбнулся: «В воскресенье меня казнить не могут! Ведь тогда уже в субботу вечером я буду знать об этом. А, по словам начальника, я не буду знать день своей казни. Следовательно, последний возможный день моей казни — суббота. Но если меня не казнят в пятницу, то я буду заранее знать, что меня казнят в субботу, значит, и её можно исключить». Последовательно исключив пятницу, четверг, среду, вторник и понедельник, преступник пришёл к выводу, что начальник не сможет его казнить, выполнив все свои слова.

На следующей неделе палач постучал в его дверь в полдень в среду — это было для него полной неожиданностью. Всё, что начальник тюрьмы сказал, осуществилось. Где недостаток в рассуждении заключённого?

Решил я тут заняться недоделанными задачками для разума. И вот эта из них осталась самой интересной, потому что условие может понять и ребёнок. И в этот раз мне удалось разложить данную задачу на логические элементы и точно найти недостаток в рассуждении заключённого.

Для лучшего понимания воспользуемся сразу двумя уровнями аналогий.

Представим "день казни" в виде шара, бесконечно и с одинаковой скоростью катающегося по желобу, разделенному на 7 подписанных секторов: "понедельник", "вторник", "среда", "четверг", "пятница", "суббота", "воскресенье".
Представим также день казни в виде 1 (единицы) в равновероятной степени находящейся в одном из разрядов двоичного числа с 7 разрядами (битами): 0000001, либо 0000010, либо 1000000 и т.д.

Да, последний день казни - воскресенье безусловно исключить можно. Прожив все 6 дней и убедившись что 6 предыдущих разрядов числа равны нулю (не казнили), единица однозначно находится в 7 разряде. Но первое же логическое умопостроение заключённого оказывается ошибочным.

Пользуясь тем, что шар в желобе с одним сектором "воскресенье" всегда присутствует в нём. Или F(7) = 1. Где F - это функция, (7) - это номер разряда двоичного числа, 1 (результат функции) - это однозначно определённый бит двоичного числа.

Заключённый утверждает, что добавив день субботу, или сектор "суббота" в желобе с шаром, или ещё один разряд к двоичному числу, он однозначно сможет определить состояние получившейся связанной системы, находящейся в состоянии суперпозиции.

Иными словами, если F(7) возвращало 1, то F(6) можно однозначно определить (даже не суть как 0 или 1), но он делает логическую ошибку в том, что даже с двумя элементами (разрядами) мы уже получили состояние суперпозиции. На самом деле мы теперь имеем F (6,7) и её результат невозможно выразить через F(6) либо F(7). Такая система похожа на систему из двух кубитов, находящихся в состоянии запутанности друг с другом с противоположными значениями. Самое грубое объяснение ошибки - что заключённый добавив сектор "суббота" в желобе с шаром, одновременно с этим убрал сектор "воскресенье" из желоба с шаром, нарушив тем самым свойства целостной и связной системы, находящейся в состоянии неопределённости.

Кубиты, находящиеся в состоянии запутанности, — это явление в квантовой механике, при котором два или более кубита связаны так, что изменение состояния одного мгновенно влияет на состояние другого.

Ну или на аналогии с шаром, уже с двумя секторами вероятность встретить шар в секторе "суббота" = 50%, в секторе "воскресенье" = 50%. От системы с 1 разрядом или сектором, безусловно находящейся в состоянии определённости мы получили систему, находящуюся в состоянии неопределённости.

Так что DK прав:

Хитрая задачка! Я поразмышлял некоторое время но так и не смог решить. Действительно парадокс. Здесь похоже все кроется в таком понятии как "неопределенность". И наверное нужно различать чисто математическую и психологическую неопределенность. Хотя это тоже ничего не объясняет. Еще подумаю может что и придумаю.

Ну а вероятность встретить шар в любом из секторов с 7 секторами = 1/7 = 14%.

[Андрей Карпишин]

Дополнение к решению.

Философско-логическая категория ошибки: "потеря некоторых свойств целой системы при попытке выразить её через сумму свойств её частей".

Математический пример: заключённый рассматривает два кубита как отдельные, в то время как они являются запутанными, факт чего он теряет в своих рассуждениях.

Итак, в одном кубите путём задания вероятностей мы можем хранить 2 аналоговых бита. Логично подумать, что в двух кубитах будет 4 бита а в трёх — 6. Но это не так, и дело тут в эффекте квантовой взаимосвязи (квантовой запутанности).

Когда мы используем три отдельных кубита, всё так и будет. Вместе они будут хранить 6 бит. Но если мы создадим систему из трёх кубитов, в которой квантово взаимосвяжем (запутаем) их, то все три кубита можно будет рассматривать, как единый квантовый объект, в котором число базисных состояний станет равно числу вариантов, в которые может коллапсировать этот объект, то есть восьми.

Полностью тут: https://dzen.ru/a/YtWMM5luUA8HSpZW (Волшебная ёмкость запутанных кубитов)

[BDK]

Да задачка с подвохом. По логике заключённого его вообще не могут казнить в любой день потому что каждый день он как он думает точно будет знать что это не завтра и не в любой из последующих дней начиная с понедельника. Но тогда его логика противоречит исходному условию которое предписывает что его в любом случае казнят. Где-то он в своей логике просчитался, но где именно так навскидку не скажу.

[BDK]

Да подвох видимо в том что он решил что декомпозиция процесса на отдельные шаги каждый из которых логичен даёт логичное решение и задачи в целом. Но действительно так бывает что отдельные логичные шаги дают в итоге противоречие исходным условиям. То есть на самом деле задача не имеет решения по шагам поскольку любое решение по шагам даст противоречие исходным условиям а значит задача просто не имеет решения по шагам.