sejournal.io

Вот перефразированная новость на русском языке:

Специалисты из Amazon Web Services (AWS), Nvidia, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и NASA разработали методику, которая помогает понять, как лучше всего сочетать квантовые процессоры с обычными суперкомпьютерами. Эта методика подсказывает, когда квантовое оборудование должно находиться прямо рядом с мощными вычислительными системами, а когда его можно использовать удаленно через облако.

Что влияет на выбор: близость или облако?

Ученые выделили два основных типа взаимодействия между квантовыми и классическими компьютерами:

1. Управление в реальном времени: Сюда входят такие задачи, как настройка кубитов и исправление квантовых ошибок. Здесь классический компьютер должен мгновенно анализировать данные и отдавать команды. Задержки здесь измеряются долями микросекунды, поэтому обычная сеть не подходит — нужно прямое соединение.
2. Гибридные алгоритмы: В этом случае классический и квантовый компьютеры по очереди выполняют части одной задачи. Задержка здесь влияет на общую скорость, но не всегда делает задачу невыполнимой. Поэтому для некоторых таких алгоритмов вполне достаточно облачного доступа.

Когда облако работает, а когда — нет?

Исследователи разобрали время работы гибридного алгоритма на три части: классические расчеты, квантовые вычисления и обмен данными.

* Если большую часть времени занимает сама обработка информации, то скорость соединения не так важна.
* Если же алгоритм требует частого обмена данными между компьютерами, то быстрое соединение становится критически важным.

В качестве примера привели два эксперимента:
* Квантовая химия (SQD): На 77-кубитном процессоре IBM основное время ушло на классическую обработку. Затраты на связь были ничтожны (0,0001), поэтому удаленный доступ оказался идеальным решением.
* Квантовый метод Монте-Карло (QE-MCMC): На 10-кубитном устройстве IBM алгоритм потребовал очень частого обмена данными. При удаленном доступе время на передачу данных превысило время самих вычислений примерно в 1000 раз. Однако для этой задачи не нужен был целый суперкомпьютер — хватило бы небольшого, но быстрого контроллера рядом с квантовым процессором.

Будущее за тесной связкой

С развитием отказоустойчивых квантовых компьютеров роль классической «обвязки» станет еще важнее. Система должна будет непрерывно следить за ошибками и мгновенно их исправлять. Скорость классической части начнет напрямую влиять на скорость работы самого квантового компьютера.

Авторы считают, что для крупных квантовых установок будущего потребуется очень тесная интеграция с мощными вычислительными системами. При этом единого решения для всех задач не существует — все зависит от конкретного алгоритма, оборудования и объема данных.

Напомним, что в июле Nvidia уже представила ИИ-модуль для предварительной обработки сигналов квантовых ошибок, который в симуляции помог ускорить их исправление и снизить количество сбоев.

Компания Quantinuum, занимающаяся разработкой квантовых компьютеров, совместно с производителем авиадвигателей Rolls-Royce запустила многолетний проект по исследованию гибридных квантово-классических вычислений. К проекту также присоединились фирма Riverlane, специализирующаяся на квантовой коррекции ошибок, и суперкомпьютерный центр EPCC при Эдинбургском университете.

Участники намерены выяснить, какие именно возможности квантовых компьютеров понадобятся для промышленного проектирования в будущем. Речь идёт не о полном переносе симуляций на квантовую платформу, а о тестировании отдельных вычислительных элементов.

Моделирование потоков газа внутри турбин требует огромных вычислительных ресурсов, особенно с ростом точности расчётов. В рамках проекта проверят, смогут ли будущие отказоустойчивые квантовые компьютеры брать на себя часть таких задач, работая совместно с суперкомпьютерами.

Quantinuum предоставит доступ к своим квантовым системам и программному обеспечению. Rolls-Royce сформулирует промышленные задачи, Riverlane займётся алгоритмами и исправлением квантовых ошибок, а EPCC обеспечит интеграцию с высокопроизводительными вычислительными системами.

Первые компоненты алгоритмов опробуют на квантовом компьютере Helios. Затем партнёры оценят возможность их масштабирования на будущих системах Quantinuum — Sol и Apollo.

Это сотрудничество вписывается в британскую государственную программу развития квантовых вычислений. К 2035 году власти страны планируют обеспечить доступ к расположенным в Великобритании системам, способным выполнять триллион квантовых операций и решать промышленные задачи в связке с суперкомпьютерами.

Ранее Quantinuum обновила заявку на первичное публичное размещение акций и впервые указала ценовой диапазон — от 45 до 50 долларов за акцию. Компания намерена разместить на Nasdaq 21 052 632 ценных бумаг класса A. При таких параметрах её оценка после IPO составит от 11,43 до 12,7 миллиарда долларов.

Напомним, что в июне IBM представила обновлённую дорожную карту, согласно которой компания планирует создать первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году.

Компания Quantinuum, занимающаяся разработкой квантовых компьютеров, совместно с производителем авиадвигателей Rolls-Royce запустила многолетний проект по изучению гибридных квантово-классических вычислений. В проекте также участвуют фирма Riverlane, специализирующаяся на коррекции квантовых ошибок, и суперкомпьютерный центр EPCC при Эдинбургском университете.

Участники намерены выяснить, какие возможности квантовых компьютеров понадобятся для промышленного проектирования в будущем. Пока речь не идет о переносе полноценного моделирования на квантовую платформу — планируется тестирование лишь отдельных вычислительных элементов.

Расчеты движения газа внутри турбин требуют значительных вычислительных мощностей, особенно при повышении точности моделей. Партнеры проверят, смогут ли будущие отказоустойчивые квантовые компьютеры выполнять часть этих расчетов совместно с суперкомпьютерами.

Quantinuum предоставит доступ к своим квантовым системам и программному обеспечению. Rolls-Royce подготовит промышленные задачи, Riverlane займется алгоритмами и исправлением квантовых ошибок, а EPCC — интеграцией с высокопроизводительными вычислительными системами.

Первые компоненты алгоритмов протестируют на квантовом компьютере Helios. Затем будет оценена возможность их масштабирования на будущих системах Quantinuum — Sol и Apollo.

Это сотрудничество связано с британской государственной программой по развитию квантовых вычислений. К 2035 году власти рассчитывают обеспечить доступ к расположенным в стране системам, способным выполнять триллион квантовых операций и решать промышленные задачи совместно с суперкомпьютерами.

Ранее Quantinuum обновила заявку на первичное публичное размещение и впервые указала ценовой диапазон — от 45 до 50 долларов за акцию. Компания планирует разместить 21 052 632 ценных бумаг класса A на бирже Nasdaq. При таких параметрах оценка после размещения составит от 11,43 до 12,7 миллиарда долларов.

Напомним, что в июне IBM представила обновленную дорожную карту, согласно которой компания создаст первый в мире крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году.

Вот перефразированный текст новости на русском языке:

Квантовые вычисления — один из главных доводов в пользу целенаправленной промышленной политики США, но крупные государственные вложения в технологические фирмы требуют строгих правил. К такому выводу пришли авторы колонки в The Economist Джошуа Зоффер и Крис Миллер.

Они отмечают, что в других сферах (например, дроны, аккумуляторы или переработка редкоземельных металлов) государство может поддерживать рынок через закупки или регулирование. Однако в квантовых вычислениях ситуация иная: коммерческих продуктов почти нет, нет доминирующей технологии, а производственные цепочки не сформированы. Поэтому раннее вмешательство властей может быть оправдано, пока не возникло зависимости.

Авторы связывают квантовые технологии с нацбезопасностью: мощные квантовые компьютеры в будущем могут взломать современную криптографию, а смежные разработки применимы в сенсорах, навигации и связи. Они считают эту сферу редким случаем, где прямые госинвестиции оправданы, но предупреждают, что такой подход не должен стать универсальным.

Как работает программа Минторга США

21 мая Министерство торговли США объявило о подписании девяти соглашений о намерениях на сумму $2,013 млрд в рамках закона CHIPS and Science Act. Средства направят на строительство двух квантовых фабрик и поддержку семи компаний.

Среди получателей:
— IBM — $1 млрд на создание дочерней компании для выпуска сверхпроводниковых пластин.
— GlobalFoundries — $375 млн на защищенную квантовую фабрику.
— Atom Computing, D-Wave, Infleqtion, PsiQuantum, Quantinuum — по $100 млн.
— Rigetti — до $100 млн.
— Diraq — до $38 млн.

Условие поддержки — миноритарная доля государства без права контроля. Этот пункт не устроил Google, которая отказалась от участия, посчитав, что требования замедлят создание полезного квантового компьютера.

Три принципа для госинвестиций

Зоффер и Миллер предложили три правила для прямых вложений государства:
1. Вмешиваться только если есть угроза нацбезопасности или серьезная экономическая уязвимость, которую рынок не решит сам.
2. Не вкладывать деньги туда, где можно купить готовый продукт. В квантовой сфере это пока невозможно.
3. Сохранять дистанцию между государством и бизнесом. Налогоплательщики должны получить выгоду от роста компаний, но прямое владение акциями создает политические риски.

В качестве решения они предложили использовать варранты — это даст государству право на участие в росте стоимости компаний без контроля над ними.

Ранее президент США Дональд Трамп подписал указ об ускоренном переходе федеральных систем на постквантовую криптографию. Документы направлены на защиту от передовых криптоатак и стимулирование инноваций.

Эксперты поддержали это направление, но предупредили: для биткоина проблема сложнее, так как децентрализованную сеть нельзя обновить по указу.

В июне Управление оборонных инноваций Минобороны США запустило программу Farseer по разработке квантовых сенсоров и портативных атомных часов для разведки. Инициатива может получить до $200 млн в ближайший год.

Британская компания Quantum Motion совместно с NVIDIA представила новый метод решения одной из самых сложных проблем в области квантовых вычислений — подготовки квантовых состояний, необходимых для моделирования молекул. Об этом сообщает Quantum Computing Report.

Данный этап нередко требует больше вычислительных ресурсов, чем сам расчет, и является серьезным препятствием для практического использования квантовых компьютеров в химии и материаловедении.

Исследователи предложили задействовать искусственный интеллект для предварительной обработки данных. Вместо того чтобы заставлять квантовый процессор самостоятельно искать нужное состояние сложной молекулы, часть работы выполняется классическим ИИ. Это позволяет уменьшить количество квантовых операций и снизить требования к оборудованию.

Команда разработчиков опубликовала в открытом доступе исходный код GPU-ускоренного пакета для задач квантовой химии. Вместе с ним были выпущены руководства по использованию решения на платформе CUDA-Q от NVIDIA.

Почему это важно

Одним из главных преимуществ квантовых компьютеров считается их способность моделировать поведение молекул гораздо точнее, чем традиционные суперкомпьютеры. Такие расчеты могут помочь в создании новых лекарств, аккумуляторов, удобрений и промышленных материалов.

Однако на практике квантовые системы до сих пор сталкиваются с фундаментальными ограничениями. Одно из них — необходимость сначала перевести задачу в специальное квантовое состояние, соответствующее структуре изучаемой молекулы. Для сложных соединений этот процесс становится крайне затратным.

Ставка на гибридные вычисления

Работа Quantum Motion и NVIDIA отражает растущий тренд в отрасли: вместо того чтобы ждать появления идеального квантового компьютера, компании учатся комбинировать возможности ИИ, классических вычислений и квантовых процессоров.

Исследователи считают, что такой гибридный подход позволит быстрее приблизить квантовые технологии к реальным задачам науки и промышленности. Хотя о коммерческом прорыве говорить пока рано, данная разработка устраняет одно из узких мест, которое долгое время сдерживало применение квантовых компьютеров в химических расчетах.

Напомним, что в мае глобальный директор по продажам IBM Quantum Петра Флоризун заявила о начале практической эры квантовых вычислений.

Учёные из Сиднейского университета совместно с IBM объявили о повышении выживаемости логических кубитов до 96% благодаря новому методу коррекции ошибок. Главной проблемой на пути к созданию стабильных квантовых машин является «шум простоя», который возникает во время промежуточных измерений кубитов в процессе вычислений.

В современных квантовых системах для исправления ошибок необходимо регулярно проводить внутренние проверки, но в эти моменты другие компоненты процессора теряют стабильность, вызывая новые сбои. Для решения этой проблемы учёные полностью переработали архитектуру схем коррекции, значительно сократив время остановки вычислений. Новый подход был протестирован на 156-кубитном сверхпроводниковом процессоре IBM Quantum Heron r2. В результате оптимизации алгоритмов выживаемость логических кубитов за один цикл коррекции ошибок выросла с менее 90% до 96%.

Руководитель проекта Стивен Бартлетт отметил, что этот процесс повторяется многократно на каждом этапе вычислений, а вынужденные паузы становятся серьёзным препятствием для надёжной работы. Хотя результат был получен в лабораторных условиях на одном процессоре, такие исследования крайне важны для индустрии, поскольку масштабируемость и отказоустойчивость остаются главными проблемами квантовых вычислений.

Напомним, что в июне IBM уже добилась успехов в коррекции квантовых ошибок. Ранее компания заявила, что планирует достичь первых подтверждённых случаев квантового преимущества к концу 2026 года.

22 июня президент США Дональд Трамп подписал два указа, которые должны укрепить позиции страны в квантовую эпоху. Вместе с сопроводительными документами они определяют стратегию защиты США от современных криптографических атак и одновременно стимулируют развитие коммерческих и научных инноваций.

Кибербезопасность: переход на постквантовую криптографию

Первый указ № 14409 «О защите страны от передовых криптографических атак» признает прямую угрозу со стороны иностранных противников, использующих тактику «перехвати сейчас, расшифруй позже». Документ устанавливает жесткие сроки для перехода федеральных ведомств на постквантовую криптографию (PQC), утвержденную Национальным институтом стандартов и технологий (NIST).

Основные директивы и сроки:
— Каждое федеральное ведомство должно в течение 30 дней назначить ответственного за переход на PQC.
— Ведомства обязаны перевести все ценные активы и важные системы на PQC для установки ключей к 31 декабря 2030 года, а для цифровых подписей — к 31 декабря 2031 года.
— Министерство торговли с помощью NIST в течение 180 дней запустит внутренний пилотный проект по переходу на PQC, который должен завершиться к 31 декабря 2027 года.
— В течение 270 дней Министерство внутренней безопасности и Агентство по кибербезопасности и защите инфраструктуры выпустят руководство с минимальными требованиями к криптографическому составу компонентов для автоматизации оценки рисков.
— Совет по регулированию федеральных закупок обязан опубликовать правила, требующие от федеральных подрядчиков соответствия стандартам PQC к концу 2030 года и внедрения усиленной политики раскрытия уязвимостей.

Стимулирование инноваций

Второй указ № 14411 «Открытие новых рубежей квантовых инноваций» делает акцент на коммерциализации, внутреннем производстве и научных открытиях. В нем признается, что квантовые технологии находятся на пороге масштабных коммерческих прорывов, и создаются механизмы для обеспечения лидерства США в этой области.

Основные директивы и инициативы:
— Запуск инициативы «Квантовый компьютер для прикладных разработок и фундаментальной науки» (QC-ADDS). Она направлена на создание первого квантового компьютера, который будет развернут на базе объекта Министерства энергетики и станет доступен научному сообществу.
— Профильные ведомства должны представить пятилетние планы по внедрению и развитию квантовых сенсоров и сетей. Министр обороны обязан уделить приоритетное внимание как минимум трем проектам для их внедрения к 30 сентября 2028 года.
— ФБР совместно с партнерскими спецслужбами расширит деятельность группы по контрразведывательной защите в сфере квантовых информационных наук и технологий (QCPT) для защиты исследований от иностранного шпионажа.

Также Министерство торговли должно проанализировать цепочки поставок в квантовой сфере и внедрить стандарты в частном секторе. Для стимулирования внутреннего производства компонентов ведомства будут использовать предзаказы и конкурсные премии. Для привлечения специалистов введут повышенные тарифные ставки.

Напомним, в июне IBM назвала готовность бизнеса условием квантового преимущества. Ранее в Quantus указали на неготовность крипторынка к квантовой угрозе.

Исследователи из Университета Дьюка и компании IonQ объявили о создании первой в мире полностью распределенной квантовой сети, состоящей из трех узлов на базе отдельных атомных кубитов. Об этом сообщает Quantum Computing Report.

Специалистам удалось получить трехстороннее запутанное состояние (состояние Гринбергера — Хорна — Цайлингера) между тремя удаленными квантовыми узлами, которые соединялись с помощью фотонных каналов.

Что произошло

Квантовая запутанность позволяет частицам сохранять связь вне зависимости от расстояния: изменение одной мгновенно сказывается на других. Это явление лежит в основе будущих квантовых сетей и квантового интернета.

Ранее ученые уже добивались запутанности между двумя удаленными узлами и создавали трехузловые сети на других платформах. Однако впервые такой результат получен на отдельных атомных кубитах, которые можно независимо контролировать, считывать и масштабировать для вычислительных систем.

Почему это важно

Главная трудность в создании квантовых компьютеров — масштабирование. Построить один большой процессор крайне сложно из-за ошибок и аппаратных ограничений.

Поэтому многие разработчики делают ставку на модульную архитектуру: вместо одного гигантского компьютера создается сеть из множества квантовых узлов, соединенных фотонами. Это напоминает развитие классического интернета, где ресурсы распределены между серверами.

Новый эксперимент — шаг в этом направлении. Исследователи показали, что отдельные атомные блоки памяти могут формировать общее квантовое состояние через фотонные соединения, сохраняя высокую точность операций.

В ходе эксперимента точность (fidelity) запутанного состояния составила 84–88%. Впервые была закрыта «лазейка детектирования» для полностью распределенного многокомпонентного квантового состояния. Также результаты подтвердили нарушение неравенства Мермина — ключевого теста на наличие подлинных квантовых корреляций.

Шаг к квантовому интернету

Работа продолжает серию исследований команды IonQ в области фотонных квантовых соединений. Ранее компания демонстрировала запутанность между двумя удаленными ионными системами, а теперь расширила архитектуру до трех полноценных узлов.

Хотя технология еще далека от коммерческого применения, такие эксперименты считаются важными строительными блоками для будущих распределенных квантовых компьютеров, защищенных коммуникационных сетей и квантового интернета.

Напомним, в июне Colt Technology Services и Ciena успешно протестировали передачу данных с квантово-устойчивым шифрованием между Нью-Йорком и Лондоном.

Квантовый процессор IBM Nighthawk протестировали на двух прикладных задачах: упрощённой модели из физики частиц и фильтрации вредоносного трафика. На эти эксперименты обратил внимание ресурс Quantum Computing Report.

В первом случае учёные не просто задействовали кубиты, а решили на оборудовании физическую задачу — взаимодействие нуклона и антинуклона в упрощённой модели квантовой хромодинамики QCD2. Систему представили в виде спиновой цепочки и запустили на Nighthawk. Полученный потенциал взаимодействия продемонстрировал ожидаемое притяжение и совпал с результатами классических вычислений — точной диагонализации и идеального моделирования. Авторы особо отметили, что смогли извлечь полезный сигнал из зашумлённых данных благодаря структурной компенсации ошибок.

Второй эксперимент касался кибербезопасности и более практической задачи: отличить вредоносный DoS- и DDoS-трафик от обычного, не нарушая легитимные подключения. Исследователи взяли логи honeypot-систем и преобразовали задачу в графовую оптимизацию, которую решали с помощью квантового приближённого алгоритма оптимизации QAOA.

В ходе экспериментов использовались графы на 16, 32, 66 и 110 событий. Самый крупный вариант — 110 узлов и 181 ребро — был запущен на трёх бэкендах IBM из IBM Quantum Network. Согласно данным Quantum Computing Report, Nighthawk потребовал наименьшее количество двухкубитных операций и показал минимальные накладные расходы при компиляции, в то время как процессор на базе Heron продемонстрировал лучшую целевую метрику.

Авторы обеих работ не заявляют о квантовом превосходстве. Они представляют результаты как прикладной бенчмарк, показывающий, насколько такие системы уже пригодны для задач, где важны точность вычислений и устойчивость к шуму.

Напомним, в июне исследователи IBM рассказали о новом подходе к поиску кодов коррекции квантовых ошибок с помощью больших языковых моделей.

Вот перефразированный текст новости на русском языке:

Ученые с физического факультета Вильнюсского университета создали теоретическую модель, которая позволяет с помощью света «программировать» атомы заранее, без применения внешних магнитных полей. По их задумке, свет сначала задает нужное состояние атомам, после чего эта подготовленная среда изменяет форму и поляризацию сложных лазерных лучей.

В основе модели лежат оптические вихри — пучки со спиральным волновым фронтом, в центре которых интенсивность падает до нуля. Размер этой темной области зависит от топологического заряда, который может принимать любые целые значения — как положительные, так и отрицательные. Это позволяет получать до 10 000 различных состояний и кодировать информацию в кудитах (многоуровневых квантовых единицах), а не в обычных кубитах с двумя состояниями.

Чтобы управлять векторными вихрями, исследователи изучили взаимодействие пучка с атомным газом, где у атомов есть три энергетических уровня. В такой модели подготовленная среда копирует пространственный узор света: в одних местах атомы поглощают излучение сильнее, в других — становятся почти прозрачными. Затем возникает обратная связь, и атомный отклик меняет сам пучок. Вместо простого кольца появляется лепестковый узор с несколькими яркими областями вокруг центра, а также изменяется поляризационная структура. Ранее для такого контроля требовались мощные магниты и сложное оборудование.

Эта теоретическая работа может ускорить создание квантовых процессоров, защищенных квантовых сетей связи и сверхточных оптических датчиков.

Напомним, что 17 июня одна из лабораторий Министерства энергетики США (Sandia National Laboratories) и компания Quantinuum опубликовали рецензируемую статью о своем 98-кубитном квантовом компьютере Helios.