Новости в кубитах: обзор новейших квантовых технологий

Коммерциализация технологий по-азиатски, передача видео по рубидиевым облакам, эффективное запутывание фотонов и научно предсказанное будущее — ​квартальный обзор новостей из мира квантовых вычислений получился весьма разнообразным.

Первый японский

В 2023 году Fujitsu и Институт физико-­химических исследований (RIKEN) намерены начать производство квантовых компьютеров. Они рассчитывают стать первыми, кто коммерциализирует квантовые технологии в Стране восходящего солнца. Fujitsu и RIKEN основали в апреле прошлого года базу в городе Вако префектуры Сайтама, в исследованиях участвуют порядка 20 ученых. Предполагается, что компьютеры будут использовать для составления точных прогнозов погоды, создания новых материалов, в сфере медицины и многих других.

Единство по-китайски

Китайская Baidu анонсировала запуск своего квантового компьютера. Основой машины под названием Qian Shi станут 10 высокочастотных сверхпроводящих кубитов. Также в Baidu разработали кросс-­платформенное интеграционное решение Liang Xi для объединения разных типов квантовых компьютеров (например, Qian Shi и компьютера на ионных ловушках китайской Академии наук) и запуска на них приложений, как на одном большом и высокопроизводительном квантовом компьютере. «С Liang Xi пользователи могут создавать квантовые алгоритмы и на имеющихся вычислительных мощностях, не нуждаясь в собственных аппаратных средствах, системах управления и языках программирования, — ​рассказывает Жуньяо Дуань, директор Института квантовых вычислений Baidu. — ​Система позволит получить доступ к квантовым вычислениям в любое время хоть со смартфона».

Очень странное кино

В американском Национальном институте стандартов и технологий (NIST) продемонстрировали, что облако атомов в странном квантовом состоянии может принимать и передавать видеосигнал. Системы для трансляции при этом компактнее, чем системы для передачи электронного видеосигнала, а данные меньше подвержены влиянию помех.

Передача атомарного видеосигнала устроена следующим образом: на стеклянную колбу с газом из атомов рубидия направляют два лазерных луча разной длины. Лазеры приводят атомы в ридберговское состояние. В этом состоянии атомы обладают повышенной энергией, а электроны сильно удалены от ядра и потому сверхчувствительны к электромагнитным полям. Атомы модулируются с сигналом, поступающим из видеовыхода компьютера или видеокамеры. Под воздействием сигнала атомы Ридберга начинают выдавать заключенные в них избытки энергии и формировать выходной сигнал. Этот сигнал пропускается через ряд усилителей и аналого-­цифровой преобразователь и превращается в сигнал VGA-формата, который и поступает на вход цифрового телевизора. Скорость передачи очень мала по современным стандартам. Но не стоит забывать, что это только первый опыт.

Запутали фотоны

Квантовое шифрование по определению абсолютно защищено от перехвата. Но скорость генерации ключей, в основе которой лежит запутывание пар фотонов, пока низкая. Ученые китайского Аньхойского университета технологий (AHUT) утверждают, что им удалось сделать процесс более эффективным.

Фотоны связывают так называемым спонтанным параметрическим рассеянием, когда светят лазером на кристалл. Разнесенные на большое расстояние фотоны продолжают «чувствовать» друг друга. Изменение состояния одного из них моментально сказывается на другом. Поэтому незаметно перехватить зашифрованную таким образом информацию невозможно — ​об этом сразу же станет известно. Но запутать фотоны не так просто — ​получается в одном случае из десятка миллионов.

Китайцы придумали суператом — ​кластер из сотен атомов, свой­ства которого повторяют свой­ства составляющих его атомов. Суператом в AHUT собрали из атомов рубидия. Один из атомов кластера возбуждали, он начинал взаимодействовать с соседними, их энергетические уровни смещались вплоть до возникновения состояния запутанности между одной из пар. В серии экспериментов эффективность генерации пар запутанных фотонов достигла 27 %. В идеальных условиях, уверены исследователи, можно добиться 100 %.

Весьма вероятно

Сотрудники Университета Тохоку (Япония) предложили модель вероятностного компьютера для прогнозирования событий на основе магнитных туннельных переходов. Это следующий этап в развитии квантовых вычислений.

Ученые экспериментально продемонстрировали, что при помощи внешнего магнитного поля можно управлять колебаниями электронов. Также они выяснили основные принципы передачи спина в магнитных туннельных переходах. Это подводит математическую платформу под превращение магнитных туннельных переходов в вероятностный бит, который станет базовой единицей вероятностных компьютеров.