Квантовый компьютер и квантовая связь

Квантовые вычислительные системы — устройства, использующие явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Такие устройства оперируют кубитами (квантовыми битами), которые могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы. Поэтому с ростом количества использующихся кубитов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии.

Первые квантовые компьютеры напоминают старые громоздкие вычислительные системы, они поставляются в больших шкафах высотой в 10 футов (около 3 м) и объёмом в 700 куб. футов (около 20 куб. м). При этом размеры самого квантового чипа достаточно небольшие и сопоставимы с размерами ногтя большого пальца.

Большую часть остального пространства компьютера занимают системы охлаждения и экранирования. Они предназначены для создания необходимых условия функционирования компьютера и устранения внешних воздействий. Благодаря применению системы охлаждения на базе жидкого гелия температура квантового чипа находится на уровне −273оС.

Содержание

Что такое квантовый компьютер?

Квантовый компьютер — средство вычислительной техники, где в основе работы центрального процессора лежат законы квантовой механики. Такой компьютер принципиально отличается от традиционных ПК, работающих на основе кремниевых чипов. Пока еще квантовый компьютер - устройство, о котором говорят многие исследователи физики вычислений.

Это устройство применяет для вычисления не классические алгоритмы, а процессы квантовой природы - квантовые алгоритмы, использующие эффекты квантовой механики, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Базой для вычислений такого типа служит кубит - система, в которой число частиц аналогично импульсу, а фазовая переменная (энергетическое состояние) – координате. Фазовый кубит был впервые реализован в лаборатории Делфтского университета и с тех пор активно изучается.

В отличие от обычного бита, способного иметь только значения 1 и 0, квантовый бит (кубит) может находиться в суперпозиции этих состояний, то есть одновременно в значении 1 и 0. На практике кубит может существовать в самых разных комбинациях этих значений, что в перспективе позволит создавать сверхбыстродействующие компьютеры. Кубиты станут строительными элементами будущих квантовых компьютеров, способных решать задачи, практически недоступные классическим цифровым компьютерам. Для выполнения вычислений на квантовом компьютере необходимо привести во взаимодействие несколько кубитов, причем таким образом, чтобы они образовали единую квантовую систему. Затем этой системе надо позволить развиваться по законам квантовой механики и спустя определенное время выяснить, в какое состояние она пришла.

С ростом числа объединенных кубитов, вычислительная мощность такой квантовой системы экспоненциально растет. Теоретически это позволяет квантовому компьютеру справляться с задачами, на которые обычному цифровому компьютеру понадобятся миллионы лет. Например, давно известен так называемый алгоритм Шора, позволяющий быстро раскладывать большие числа на простые множители (задача, необходимая для взлома современных шифров). Обычные компьютеры решают эту задачу перебором возможных делителей, поэтому длинные числа современные компьютеры могут обрабатывать годами. Квантовый компьютер справился бы с такой задачей за считанные минуты и даже секунды, в зависимости от производительности.

Почему квантовые компьютеры имеют значение?

Объем ежедневно создаваемых данных просто огромен, и современные компьютеры уже не всегда успевают за такими объемами. Современные суперкомпьютеры по-прежнему слишком медленны для выполнения некоторых наиболее важных научных задач, например, тестирование воздействия новых лекарственных препаратов на молекулярном уровне.

Благодаря возможности выполнять очень сложные вычисления значительно быстрее, или даже моделировать эти лекарства на молекулярном уровне, квантовые компьютеры способны предоставить такой необходимый рост производительности и скорости. Большинство специалистов согласны с тем, что квантовые компьютеры – это наш шанс справиться с вызовами 21 века.

Вторая квантовая революция

Первая квантовая революция произошла во второй половине XX века и привела к появлению лазеров, транзисторов, ядерного оружия, а впоследствии – мобильной телефонной связи и интернета. Технологии первой квантовой революции применяются в компьютерах, мобильных телефонах, планшетах, цифровых камерах, системах связи, светодиодных лампах, МРТ-сканерах, сканирующих туннельных микроскопах и т.д.

Объем рынка соответствующей продукции в мире составляет $3 трлн в год. При этом «закон Мура», согласно одному из изложений которого, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев, больше не работает.

С конца XX века мир находится на пороге второй квантовой революции. В первой квантовой революции технологи и приборы строились на управлении коллективными квантовыми явлениями.

Во второй квантовой революции технологии будут строиться на способности управлять сложными квантовыми системами на уровне отдельных частиц, например, атомов и фотонов. Технологии, основанные именно на таком высоком уровне контроля над индивидуальными квантовыми объектами, принято объединять термином квантовые технологии.

Проблемы в создании квантового компьютера

На пути создания квантового компьютера существует множество проблем. Прежде всего необходимо научиться приводить кубиты в определенные исходные состояния, объединять их в запутанные системы, изолировать эти системы от влияния внешних помех, считывать результаты квантового расчета.

Также разработчикам квантового компьютера предстоит выбрать оптимальную элементную базу для изготовления кубитов. Имеется несколько конкурирующих подходов, и один из них — сверхпроводящие кубиты с джозефсоновскими переходами, похожие на первые носители компьютерной информации – ферритовые колечки. Правда, кубиты примерно в тысячу раз меньше магнитных битов эпохи, предшествовавшей появлению интегральных микросхем. Разработками в данной области занято множество иностранных институтов и лабораторий крупных компаний. Обладание рабочим прототипом универсального квантового компьютера открывает огромные возможности в разработке новых материалов, расшифровке сложнейших кодов, моделировании сложных систем, создании универсального искусственного интеллекта и множестве других областей. С появлением технологии считывания состояний кубитов, Россия также может включиться в эту многообещающую работу на передовом крае науки и компьютерной техники.

По сути своей, квантовые вычислительные системы представляют собой вершину развития параллельных вычислений. Этим системы способны решать сложнейшие вычислительные задачи, недоступные традиционным компьютерам. В частности, квантовые компьютеры позволяют осуществлять моделирование природных процессов в интересах специалистов по химии, материаловедению и молекулярной физике. С появлением квантовых компьютеров учёные, наконец, смогут создать катализатор для абсорбирования углекислого газа из атмосферы, сверхпроводники, способные работать при комнатной температуре, и новые лекарства от неизлечимых пока болезней.

Однако несмотря на существенный прогресс в исследованиях и активные дискуссии об успехах учёных, остаётся актуальной проблема преодоления естественных препятствий на пути создания жизнеспособных крупномасштабных квантовых систем, способных демонстрировать требуемую точность вычислений. Одним из таких препятствий является проблема производства однородных и стабильных кубитов (базовых элементов квантовых вычислительных систем).

Кубиты требуют крайне нежного обращения. Случайный шум и даже случайное наблюдение за кубитом способны привести к потере данных. Для устойчивой работы кубитов необходима чрезвычайно низкая температура окружающей среды - на уровне 20 миллиКельвин, что в 250 раз холоднее температуры открытого космоса. Подобный температурный режим предъявляет строжайшие требования к конструкции корпусов квантовых систем, в состав которых входят кубиты. Стремясь реализовать весь потенциал квантовых вычислительных систем, специалисты Intel из Группы исследования компонентов (CR) в Орегоне и Экспериментального производственного комплекса (ATTD) в Аризоне напряжённо работают над созданием инновационных архитектур и корпусов для выполнения уникальных требований и задач квантовых вычислительных систем.

Квантовые компьютеры (мировой рынок)

Квантовые компьютеры и сети в России

• Квантовые технологии в РЖД
• Квантовый компьютер Росатома

Национальная квантовая инициатива в США (National Quantum Initiative)

27 декабря 2021 года компания Honda, сообщила о том, что ученые Исследовательского института Honda, расположенного в США (Honda Research Institute USA, Inc. – HRI-US), применив метод синтезирования, создали атомарно тонкие «нано-ленты». Это достижение может повлиять на будущее развитие квантовой электроники – области физики, изучающей влияние квантовой механики на поведение электронов в веществе. Технология синтезирования может позволить создавать двумерные материалы, которые дадут возможность применять квантовые технологии, в частности, проводить квантовые вычисления и зондирование, при температурах более высоких, чем те, которые необходимы для используемых материалов. Подробнее здесь.

В декабре 2021 года компания Rigetti Computing анонсировала квантовый компьютер Aspen-M, оснащенный 80-кубитным процессором, который включая два блока по 40 сверхпроводящих кубитов. Подробнее здесь.

Компании Atos и IQM 10 декабря 2021 года представили результаты своего первого глобального исследования, посвященного перспективам развития квантовых высокопроизводительных вычислений. Согласно его результатам, квантовые вычисления входят в топ-3 технологий в 500 крупнейших центрах обработки данных в мире. Так, 76% центров обработки данных высокопроизводительных вычислений по всему миру уже используют квантовые вычисления или планируют к ним перейти к 2023 году. Подробнее здесь.

Эксперты обошли главное препятствие на пути создания квантового компьютера. Об этом стало известно 16 ноября 2021 года. В частности, исследователям удалось одновременно управлять несколькими спиновыми кубитами на одном квантовом чипе.

Одним из препятствий в создании квантового компьютера является невозможность одновременно управлять множеством кубитов.

Управление одним кубитом обычно отрицательно влияет на другой из-за одновременного воздействия управляющих импульсов.

В отличие от компаний наподобие Google и IBM, работающих над сверхпроводниковыми технологиями для квантовых процессорах, исследователи сфокусировались на полупроводниковых или так называемых спиновых кубитах.

В общих чертах, спиновые кубиты состоят из спинов электронов, захваченных в полупроводниковых наноструктурах, называемых квантовыми точками, так что отдельные спиновые состояния можно контролировать и запутывать друг с другом, пояснили исследователи.

Спиновые кубиты могут сохранять свои квантовые состояния в течение длительного времени, что потенциально позволяет им производить более быстрые и точные вычисления по сравнению с другими типами платформ. Поскольку спиновые кубиты имеют очень маленькие размеры, на одном чипе их помещается очень много. Это имеет большое значение, поскольку чем больше кубитов, тем больше вычислительной мощности.

Исследователи смогли создать и управлять четырьмя кубитами на одном чипе с рядами 2×2. Одной из главных их задач было заставить кубиты коммуницировать друг с другом.

Созданная исследователями квантовая схема сделана из полупроводникового вещества под названием арсенид галлия, а ее размер не превышает размер микроба. Однако главным является то, то чип позволил экспертам одновременно управлять и измерять все кубиты.

В квантовых вычислениях очень важно управлять и измерять одновременно. Кубиты очень чувствительны, и если измерять их один за другим, даже крошечный окружающий шум может нарушить квантовую информацию на системе.

Еще одно существенное препятствие заключается в том, что все 48 электродов управления чипа нужно настраивать вручную и сохранять их настроенными. У человека это занимает много времени, поэтому специалист ищут способы использовать алгоритмы оптимизации и машинное обучение для автоматизации этого процесса [1] .

В середине ноября 2021 года IBM представила новый процессор Eagle на 127 кубитов для квантовых вычислений. Технология позволит компании реализовать квантовый компьютер, который будет намного быстрее классических ПК. Подробнее здесь.

В середине октября 2021 года японский промышленный гигант Hitachi сообщил о разработке системы автоматизации на основе технологии квазиквантовых вычислений для оптимизации работы железных дорог. По словам разработчиков, их решение составляет график работы персонала всего за 30 минут, тогда как обычно этот процесс занимает 3-5 дней. Подробнее здесь.

Ученые нашли «недостающий фрагмент головоломки» в разработке квантовых компьютеров. Об этом стало известно 16 августа 2021 года.

Находка ученых станет настоящим прорывом в создании квантовых процессоров на миллионы кубитов.

Разработка вакцин и медицинских препаратов, искусственный интеллект, транспорт и логистика, наука о об изменениях климата – все эти области сделают огромный шаг вперед, когда появится полномасштабный квантовый компьютер.

На август 2021 года квантовые процессоры, являющиеся основными компонентами квантовых компьютеров, сравнительно небольшие (менее 100 кубитов). Хотя первые квантовые процессоры и сыграли решающую роль в демонстрации потенциала квантовых вычислений, для применения в глобально значимых сферах нужны процессоры с более чем 1 млн кубитов.

В ходе исследования специалистам Университета Южного Уэльса (Австралия) удалось приблизиться к созданию столь мощного квантового процессора. По словам ученых, они обнаружили «недостающий фрагмент головоломки», позволяющий улучшить архитектуру квантовых чипов.

Проблема подходов к квантовым вычислениям с использованием кубитов заключается в том, что кубиты управляются с помощью проводов, занимающих место на кристалле и выделяющих тепло.

Возглавляемая Пла команда исследователей нашла интересное решение данной проблемы и предложила не использовать провода, а генерировать магнитное поле над всем чипом.

Сначала исследователи удалили провод возле кубитов и решили генерировать микроволновые магнитные поля по всей системе.

Исследователи разработали прототип технологии и протестировали ее на кубитах.

Теперь, когда это препятствие устранено, следующим шагом должно стать использование данного похода для создания более простого кремниевого квантового процессора. По словам исследователей, это упростит производство устройств с большим числом кубитов в будущем [2] .

4 августа 2021 года стало известно о том, что исследователи из Google и нескольких американских университетов сообщили о создании истинного дискретного временного кристалла с упорядоченными собственными состояниями. Такое состояние было получено на кубитах квантового процессора Sycamore от Google. Ученые продемонстрировали, что созданный ими временной кристалл удовлетворяет целому ряду критериев, которые позволяют считать его истинным временным кристаллом. Препринт статьи опубликован на arXiv.org. Подробнее здесь.

В середине июля 2021 года голландский стартап QuantWare выпустил первый в мире коммерчески доступный сверхпроводящий процессор для квантовых компьютеров (QPU). Эксперты считают, что эта разработка может значительно ускорить революцию в области квантовых вычислений. Подробнее здесь.

В середине июля 2021 года китайские исследователи продемонстрировали самый мощный в мире квантовый компьютер, потеснивший процессор Sycamore от Google с лидерских позиций. Подробнее здесь.

В середине июня 2021 года исследователи из Кембриджской исследовательской лаборатории Toshiba Europe продемонстрировали, что квантовая информация может успешно передаваться по оптическим волокнам, длина которых превышает 600 км. Новое рекордное расстояние откроет путь для передачи квантовой информации на большие расстояния между мегаполисами. Также утверждается что созданную квантовую сеть нельзя взломать.

Исследователи пояснили, что одной из самых сложных технологических проблем при построении квантового Интернета является проблема передачи квантовых битов по длинным оптическим волокнам. Ранее передача кубитов по оптоволоконным сетям была ограничена небольшой протяженностью сети. Незначительные изменения в окружающей среде, в том числе температурные колебания, могут спровоцировать расширение или сжатие кабеля, что приведет к уничтожению информации.

Для уменьшения воздействия окружающей среды в Toshiba создали метод, называемый двухдиапазонной стабилизацией. Он предполагает передачу данных посредством двух сигналов, один из которых компенсирует быстро меняющиеся отклонения, а второй предназначен для более точной настройки фазы. Так, инженеры достигли возможности качественно передавать информацию на расстоянии до 600 км.

Благодаря последнему достижению инженеры смогут создать сеть нового поколения, по которой можно будет безопасно передавать данные между городами и даже странами.

Первым использованием новой технологии, вероятно, будет применение ее для квантового распределения ключей (QKD). Передаваемая посредством оптического волокна информация шифруется с помощью технологии QKD. Ученые объяснили, что, для формирования ключей шифрования протокол использует квантовые сети, которые практически исключают проникновение. При потенциальном взломе сети обе стороны будут предупреждены. [3]

Компании Intel и QuTech – совместный проект Технологического университета Делфта и Организации прикладных научных исследований Нидерландов – 14 мая 2021 года сообщили о публикации ключевых результатов исследований в области квантовых вычислений, направленных на устранение «узкого места межсоединений» между квантовыми чипами, которые находятся в криогенных рефрижераторах растворения, и сложной электроникой для управления кубитами, которая работает при комнатной температуре. Инновации, представленные в отраслевом научном журнале Nature, знаменуют важный этап в решении одной из серьезных проблем масштабирования квантовых вычислений с помощью микросхемы криогенного контроллера Intel Horse Ridge. Подробнее здесь.

В начале мая 2021 года Исследовательская лаборатория Армии США (Army Research Office) и Лаборатория физических наук (Laboratory for Physical Sciences) при Агентстве национальной безопасности (АНБ) сообщили о запуске исследовательского центра для развития квантовых вычислений. Проект получил название LPS Qubit Collaboratory (LQC). Подробнее здесь.

В начале апреля 2021 года стало известно о том, что Toshiba реализовала возможность интеграции своего алгоритма имитации бифуркации (Simulated Bifurcation Algorithm или SBA) с программируемой вентильной матрицей (FPGA), которую можно подключить к рабочим станциям. Подробнее здесь.

В конце марта 2021 года IBM объявила о 10-летнем партнерстве с Кливлендской клиникой, в рамках которого будет осуществляться развитие лаборатории Discovery Accelerator. Ее сотрудники будут заниматься научными исследованиями в сфере здравоохранения и наук о жизни с использованием квантовых вычислений и искусственного интеллекта. В рамках партнерства IBM установит свой первый частный квантовый компьютер IBM Quantum System One в кампусе клиники в Кливленде. Ранее системы внедрялись только в госорганизациях. Подробнее здесь.

В конце марта 2021 года портал Smart Energy International опубликовал статью о том, как компании топливно-энергетического комплекса (ТЭК) используют квантовые технологии для решения бизнес-задач. Одно из применений таких разработок заключается в прогнозировании объемов потреблений электроэнергии.

Кроме того, квантовые вычисления помогают предприятиям развивать новые технологии и экологические проекты, а в будущем могут помочь и в принятии инвестиционных решений, отмечают эксперты.

В качестве примера сообщается, что ExxonMobil в сотрудничестве с IBM изучают несколько вариантов повышения экологичности нефтедобывающей компании, в том числе оптимизацию энергосистемы и разработку новых материалов для улавливания углерода. Кроме того, помощь в решении экологических проблем IBM отказывает и BP.

Enel Group надеется, что квантовые вычисления в будущем помогут оптимизировать процессы в области управления персоналом и даже принимать инвестиционные решения. К концу марта 2021 года компания использует алгоритмы, основанные на квантовых концепциях, для оптимизации времени, которое сотрудники группы тратят на дорогу до места распределения или командировки. Ежегодно группа распределяет более 32 млн работников в 13 компаниях группы, компьютерные вычисления уже помогли сократить время пути работников Enel Group до места командировок. [4]

В конце марта 2021 года Quantum Brilliance представила, как утверждает компания, первый в мире квантовый ускоритель на основе алмаза, который может работать при комнатной температуре. Подробнее здесь.

В середине февраля 2021 года исследовательские группы ExxonMobil и IBM разработали квантовые алгоритмы для управления грузовыми судами по всему миру. Около 90% мировой торговли полагается на морские перевозки, и более 50 000 судов, каждое из которых перевозят до 200 000 контейнеров, ежедневно пересекают водные просторы для перевозки товаров на общую сумму 14 триллионов долларов, поэтому для классических компьютеров эта задача непосильна. Подробнее здесь.

В середине февраля 2021 года китайская компания Origin Quantum сообщила о разработке операционной системы для квантовых компьютеров. Этот продукт, по словам его создателей, способен в несколько раз повысить эффективность работы ныне существующих квантовых вычислительных систем. Подробнее здесь.

В начале февраля 2021 года IBM представила дорожную карту по разработке квантовых компьютеров. В соответствии с планами американской корпорации, в 2021 году мощность такого вычислительного оборудования достигнет 100 кубитов, а в 2022-2023 гг — 400 и 1000 кубитов соответственно. Подробнее здесь.

5 января 2021 года стало известно о том, что ученые из Национальной ускорительной лаборатории Fermi — национальной лаборатории Министерства энергетики США, связанной с Чикагским университетом — вместе с партнерами из пяти учреждений сделали значительный шаг в направлении реализации квантового интернета: осуществили квантовую телепортацию.

В частности, исследователям удалось передать квантовое состояние на 44 км с точностью более 90% по волоконно-оптическим сетям, аналогичным тем, которые составляют основу существующего интернета.

И точность передачи данных, и расстояние передачи имеют решающее значение, когда речь заходит о создании реального, работающего квантового интернета [5] .

Сверхтонкий материал, позволяющий воспроизвести квазичастицы, на основе которых можно построить устойчивый к помехам квантовый компьютер, разработан международной группой учёных на базе университета Аалто (Финляндия), 18 декабря сообщает в декабре 2020 года портал HPCwire, специализирующийся на суперкомпьютерах [6] .

Кубиты, лежащие в основе квантового компьютера и использующиеся для сверхскоростных вычислений, обладают очень большой чувствительностью к шуму и помехам, создаваемым окружающими материалами. Это влияние приводит к ошибкам в вычислениях.

«Топологический квантовый компьютер основан на топологических кубитах, которые, как предполагается, гораздо более помехоустойчивы, чем другие кубиты. Однако топологические кубиты пока не удалось получить в лаборатории», — пояснил ведущий исследователь проекта профессор Питер Лильерот.

Для создания MZM исследователи должны были создать двумерный материал, обладающий свойством топологической сверхпроводимости. Это явление возникает на границе магнитного электрического изолятора и сверхпроводника.

Вырастив островки магнитного материала толщиной в один атом поверх сверхпроводящего кристалла и измерив полученные свойства с помощью сканирующего туннельного микроскопа, ученые пришли к выводу что создали именно MZM.

Кроме того, они подтвердили свои выводы с помощью компьютерного моделирования. В качестве следующего этапа своей работы исследователи видят создание топологического кубита.

В конце октября 2020 года Honeywell представила квантовый компьютер System H1, который имеет 10 кубитов. По сообщению американской компании, система обеспечивает удвоенную производительность за счет квантового объема, увеличенного до 128. Подробнее здесь.

Международная команда исследователей на шаг приблизилась к созданию доступного квантового интернета. Об этом стало известно 3 сентября 2020 года. В отличие от обычной «всемирной паутины», эта технология безопасна и защищена от кибератак. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Система «мультиплексирования» Бристольского университета разделяет световые частицы, которые передают информацию нескольким пользователям Интернета из единого центрального источника. Исследователи продемонстрировали технологию, использующую странные эффекты квантовой запутанности, на оптических волокнах в разных местах Бристоля.

Команда учёных смогла создать квантовую сеть на большой дистанции без доверительных узлов. Информацию по ней распределяли между восемью пользователями. Данный метод позволил значительно сократить количество используемых каналов связи. Любопытно, что пользователей может соединять всего один канал, но каждый из них при этом может передать информацию каждому.

Метод, предложенный учеными, основан на простой двучастичной запутанности между частотными модами сигнала. Такой подход позволяет квадратично сократить количество используемых каналов связи, что очень важно для масштабируемости квантовой коммуникации. Более того, в то время как пользователей соединяет всего один канал, каждый может передать секретную информацию каждому, то есть топология логической связи, несмотря на простую физическую имплементацию, — это полный граф [7] .

В конце августа 2020 года Трамп выделил $1 млрд на создание семи научно-исследовательских институтов искусственного интеллекта и пяти исследовательских центров квантовых вычислений в течение пяти лет. Под руководством Национального научного фонда и Министерства энергетики 12 междисциплинарных центров будут исследовать новые технологии и обучать будущих сотрудников. Подробнее здесь.

1 августа 2020 года стало известно, что ученые из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (DOE/Los Alamos National Laboratory) создали устройство для проведения изменений на грани квантовых законов и реалий. Разработка основана на поведении облаков «ультрахолодных» атомов.

В созданной установке атомы, охлажденные до сверхнизких температур, попадают под излучение одного лазера, светящего в определенной плоскости. Второй лазер, направленный под углом, «рисует» на поверхности луча первого узоры, которые направляют ультрахолодные атомы в два полукруга, разделенных небольшими промежутками, известными как джозефсоновские переходы.

Установка, названная Superconducting QUantum Interference Device (SQUID) может использоваться как часть квантового компьютера и как сверхчувствительный сенсор для определения малейшего вращения. Когда SQUID вращается и джозефсоновские переходы перемещаются навстречу друг другу, количество атомов в полукругах изменяется в результате квантово-механической интерференции токов через джозефсоновские переходы. Подсчитав атомы в каждой части полукруга, исследователи могут очень точно определить скорость вращения системы.

Помимо датчика движения SQUID предполагается задействовать и как дополнительный вычислительный компонент современных квантовых компьютеров.

Речь идет о создании первого прототипа квантового устройства (SQUID), которому предстоит пройти долгий путь, прежде чем оно сможет стать частью квантовых компьютеров или обычных приборов и гаджетов. Но, поскольку речь идет об изучения закономерностей на грани квантовых и обычных законов физики, исследователи предрекают данному направлению хорошие перспективы [8] .

В июне 2020 года Honeywell сообщила о запуске, как утверждает компания, самого мощного квантового компьютера в истории. Систему уже начали использовать несколько клиентов, среди которых — банк JP Morgan Chase. Подробнее здесь.

16 июня 2020 года стало известно, что китайская группа физиков, которая ранее продемонстрировала квантовое распределение ключа между спутником и обсерваторией, провели сеанс квантовой криптографии с использованием запутанности между двумя наземными станциями на расстоянии 1120 километров. Работа представлена в журнале Nature.

Квантовое распределение ключа — это теоретически абсолютно безопасный способ обмена секретными ключами между удаленными пользователями. Метод основан на фундаментальных законах квантовой физики: процесс измерения квантовой системы изменяет ее состояние. Злоумышленник, который попытается украсть ключ, должен каким-то образом измерить его, но измерение вводит аномалии, которые видят и легитимные участники протокола. Таким образом, пользователи могут раскрыть и проверить часть полученного ключа и убедиться, что никто, кроме них самих, его не измерял.

Экспериментальное распределение ключа было продемонстрировано в лабораторных условиях с помощью оптоволокна длиной 421 километра. Ранее за пределами лаборатории китайским ученым под руководством профессора Цзянь-Вэй Пана (Jian-Wei Pan) удалось передать ключ от спутника до наземной станции на расстоянии 1200 километров, что на июнь 2020 года является рекордом.

Однако реальная криптография на основе квантового распределения ключа нацелена на пользователей, находящихся на Земле. При использовании квантовых повторителей можно создать сеть узлов, которые находятся на расстоянии до 100 километров друг от друга. К сожалению, каждый повторитель несет риск безопасности и может быть атакован злоумышленником. Другой способ распределения ключа на большие расстояния задействует спутниковую связь с использованием квантовой запутанности.

Та же группа китайских ученых под руководством профессора Пана провела сеанс квантового распределения ключа на основе запутанности между двумя наземными станциями, расстояние между которым составила 1120 километрами. Запутанные пары фотонов были разделены и отправлены по каналам связи от спутника Micius к двум наземным обсерваториям в Делинге (Delingha) и Наньшане (Nanshan).

Важным инженерным достижением, без которого эксперимент бы не состоялся, является создание высокоэффективного телескопа и обрабатывающей оптики. Ученым удалось повысить эффективность сбора данных каждого канала связи спутник-Земля примерно в два раза по сравнению с предыдущим экспериментом. Наилучшие данные были получены в ясную ночь и без тумана, когда атмосфера имела самый высокий коэффициент пропускания.

Чтобы проверить построенную криптографическую систему, для начала физики верифицировали запутанности с помощью теста Клаузера-Хорна-Шимони-Холта (CHSH), который проводился над полученными со спутника фотонами. Тест подтвердил наличие квантовых корреляций с точностью в восемь стандартных отклонений.

Для проведения непосредственно распределения ключа ученые использовали протокол BBM92, в котором два пользователя получают по одному фотону из потока запутанных пар фотонов. Затем они случайным образом выбирают базис для измерения каждого фотона, получают результат измерения, и отбирают только те исходы, где они проводили измерения в одинаковом базисе. Согласование базисов осуществляется по классическому каналу связи. Дальше они используют часть ключа для оценки частоты появления ошибок, которая говорит о наличии подслушивания.

Физики убедились, что полученные ключи безопасны — наземные приемники невосприимчивы к ошибкам от шума, то есть возникновение аномалий явно свидетельствует о подслушивании. Авторы отмечают, что полученные результаты — важный шаг на пути к абсолютно надежной криптографии для межконтинентально удаленных пользователей.

Ранее та же группа ученых создала запутанность на расстоянии боле 50 километров с помощью оптоволокна между двумя лабораториями в Хэфэе. В то время как Китай впереди планеты всей, мы постепенно включаемся в квантовую гонку коммуникаций: в 2016 году в России была создана банковская линия квантовой связи, а в 2017 году ученые из МГУ представили квантовый телефон. На июнь 2020 года Российский квантовый центр, Сбербанк и фонд «Сколково» строят на территории инновационного центра в России линию квантовой защищенной связи суммарной протяженностью около 250 километров [9] .

27 апреля 2020 года стало известно, что Администрация президента США Дональда Трампа при планировании государственного бюджета на 2021 год решила на 20% увеличить расходы на квантовую информатику до $237 млн. При этом затраты на научную деятельность в 2021 году в целом она сокращает на 10%.

Из указанных $237 млн Министерство энергетики США планирует $25 млн в 2021 году потратить на разработку квантового интернета.

Существуя одновременно с традиционным интернетом для общего пользования, квантовый интернет может предложить новые уникальные возможности. Например, ученые смогли бы разрабатывать абсолютно новые лекарственные препараты и материалы, моделируя поведение атомов на сетевых квантовых компьютерах, а финансовые учреждения и правительства смогли бы получить более надежные каналы передачи данных. Многие страны вкладывают в исследование квантовых технологий, и с предложением бюджета на 2021 год администрация Трампа стремится нарастить эти усилия.

Квантовый интернет - это перспективная область, поэтому в США решили увеличить инвестиции в неё. По состоянию на апрель 2020 года в стране имеются прототипы квантовых сетей в Чикаго и Нью-Йорке. В 2020 году ученые провели успешный эксперимент в чикагской сети.

Аналогичные эксперименты проводятся и на Восточном побережье США, где исследователи посылают запутанные фотоны по волоконно-оптическим кабелям, соединяющим Брукхейвенскую национальную лабораторию в Нью-Йорке с Университетом штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук на расстоянии около 18 километров. [10]

В начале марта 2020 года Honeywell International объявила, что присоединяется к гонке по созданию квантового компьютера. Компания готовится к выпуску самой мощной системы в мире. Подробнее здесь.

В начале февраля 2020 года правительство Индии утвердило свой бюджет на 2020 год, выделив порядка $1,12 млрд на развитие квантовых компьютеров. Эти средства пойдут на развитие Национальной программы по квантовым технологиям и приложениям. Подробнее здесь.

В начале января 2020 года канадская компания ISARA, ведущий поставщик квантовых систем кибербезопасности, представила обновлённый автомобиль Karma Revero GT, который, по словам разработчиков, способен отправлять и получать электронные голосовые сообщения, не опасаясь, что информация будет перехвачена и расшифрована — даже с применением квантового компьютера. В ISARA создали коммуникационное решение с использованием квантовой связи. Подробнее здесь.

27 декабря 2019 года стало известно о том, что ученым удалось успешно передать информацию с одного чипа на другой с помощью квантовой запутанности.

По мнению специалистов, технологии обработки информации с использованием законов квантовой физики окажут огромное влияние на современное общество. К примеру, квантовые компьютеры смогут решать задачи, с которыми не способны справиться даже самые мощные современные суперкомпьютеры, а квантовый интернет защитит передаваемые в нем данные от кибератак. Однако эти технологии базируются на так называемой «квантовой информации», зашифрованной в квантовых частицах, которые чрезвычайно сложно измерять и контролировать.

Как сообщалось, ученые Бристольского университета (Великобритания) вместе с коллегами из Датского технического университета создали чип, способный генерировать и манипулировать отдельными частицами света в программируемых наносхемах. Чип может зашифровывать информацию в световых частицах, генерируемых в наносхемах, и обрабатывать «квантовую информацию» с высокой производительностью и очень низким шумом.

Настоящим прорывом стал эксперимент, в ходе которого специалисты Лаборатории квантовой инженерии Бристольского университета впервые в мире успешно осуществили квантовую телепортацию информации с одного чипа на другой. Именно квантовая телепортация является краеугольным камнем квантовых коммуникаций и вычислений, отмечают ученые.

Квантовая телепортация предусматривает передачу квантового состояния частицы из одного места в другое с помощью квантовой запутанности (явления, при котором квантовые состояния нескольких объектов оказываются взаимозависимыми). Телепортация нужна не только для квантовых коммуникаций, но также является основой для оптических квантовых вычислений.

Установка связи между двумя чипами путем создания квантовой запутанности оказалась для ученых непростой задачей. Тем не менее, им удалось добиться того, чтобы фотоны на обоих чипах приходили в одинаковое квантовое состояние. Главным стал эксперимент по телепортации, в ходе которого индивидуальное квантовое состояние частицы после квантового измерения передавалось с одного чипа на другой [11] .

Совместное исследование 2019 года Ростелекома, Иннопрактики и ФИПС патентного ландшафта в квантовых технологиях помогает прояснить некоторые моменты.

• Мировым лидером по количеству поданных заявок на квантовые патенты является Intel. Это говорит о продуктивности их исследовательского центра, объяснял "Нецифровой экономике" один из авторов исследования, замдиректора центра стратегических инноваций Ростелекома Павел Красовский.

• Однако уже полученных патентов больше всего у японской Toshiba. Она же — одна из главных компаний в сфере квантового шифрования.

• Самые цитируемые патенты в других заявках — у канадской D-Wave и американской военно-промышленной компании Northropp Grumman. У этих компаний самая большая «сила патентов», объясняет Красовский, то есть они изобрели технологии, которые имеют большое значение для исследователей.

• Google и Alibaba Group — мировые лидеры по количеству стран, где запатентованы их квантовые технологии (по 12 стран у каждого). На третьем месте швейцарская компания Quantique (11 стран).

Количество стран, по словам Красовского, показывает, насколько компании близки к коммерциализации своих технологий. Подача патентных заявок — очень затратная процедура, и компании начинают тратить на это деньги только если видят коммерческие перспективы на том или ином рынке.

Интересная ситация сейчас с китайскими компаниями. По словам Красовского, китайские патенты обычно считаются «мусорными», так как у китайских исследовательских центров KPI жестко привязаны к количеству патентов на уровне госполитики. Поэтому они много патентуют внутри страны, но если они пытаются запатентовать ту же технологию за рубежом, то как правило получают отказ из-за отсутствия новизны.

Однако, ряд китайских компаний, таких как Ruban Quantum Technology, недавно начали активно подавать заявки. Пока патентов у них нет, так этот процесс занимает не менее полугода, но если провести такое же исследование через год, то есть вероятность, что Ruban Quantum Technology окажется в числе лидеров.

Россия занимает 9 место в мире по количеству патентов в сфере квантовых технологий, следует из совместного исследования Ростелекома, Иннопрактики и ФИПС. В первую пятерку входят США, Китай, Япония Корея и Германия.

• Больше всего патентных семейств в России у Российской академии наук (включая Курчатовский институт) – 6 семейств. На втором месте — Фонд перспективных исследований, у него три патентных семейства, связанных с квантовыми технологиями. По два патентных семейства у НИК «Каскад», и «Лаборатории оптико-волоконных приборов». У остальных шести организаций по одному семейству. Среди них - Российский квантовый центр, ИнфоТеКС, Фотонные нано-мета технологии, а также два Нижегородских университета и один Иркутский.

• Авторы исследования также отмечают большое количество заявок на патенты в России со стороны зарубежных компаний. Например, британской Element Six Technologies, Fisk Software и University of Cophengagen.

• Активнее всего российские компании занимались патентованием в области квантовых технологий в 2012-2015 годах. Авторы отчета связывают этот всплеск с увеличением финансирования.

• Если брать международную патентную классификацию, то чаще всего в России квантовые технологии патентуют в области устройств для секретной или скрытой связи, автоматического управления частотой или фазой и синхронизации, квантовой связи и в устройствах или способах обработки данных.

В середине сентября 2019 года компания Google объявила, что смогла создать самый мощный в мире квантовый компьютер. Информация об устройства была опубликовала в докладе NASA, который впоследствии был удалён с сайта организации. Подробнее здесь.

В середине сентября 2019 года стало известно о том, что правительство Германии инвестирует 650 млн евро в течение следующих двух лет, чтобы поддержать переход квантовых технологий из фундаментальных исследований в готовые к применению приложения. Подробнее здесь.

Нидерландские ученые разработали первый в мире протокол для так называемого квантового интернета, работающего без помех и максимально защищенного от взлома. Идея принадлежит специалистам исследовательского центра QuTech [12] .

Протокол, работающий на канальном уровне, разработан группой ученых под руководством профессора Стефани Вейнер (Stephanie Wehner). Также они проработали общую концепцию квантовых сетей, которые в будущем, по их мнению, могут заменить собой традиционный интернет и локальные сети.

В основе идеи специалистов QuTech лежит принцип очень быстрой обработки кубитов, поскольку они не могут находиться в памяти длительное время. Это обеспечит высокую скорость передачи информации, а явление квантовой запутанности, еще одна основа протокола, даст возможность максимально защитить передаваемые данные.

Явление квантовой запутанности подразумевает взаимозависимость двух и более объектов, в данном случае кубитов, и их неразрывную связь друг с другом. Попытка перехвата данных приведет к изменению квантового состояния одного или нескольких кубитов и, как следствие, к потере передаваемой информации. Другими словами, информацию может получить исключительно целевое устройство – несанкционированный доступ к ней исключен.

Технические подробности о работе первого протокола квантовой сети Стефании Вейнер оставила в тайне. Она уточнила лишь, что для работы квантового интернета вполне сгодится физическая инфраструктура обычного интернета.

На август 2019 г ожидается, что Rigetti, стартап по квантовым вычислениям, выпустит 128-кубитовую систему в 2019 году. Это может стать важным достижением на квантовой арене.

Принципиальное различие между современными компьютерами и вычислительными системами, с которыми мы взаимодействуем, заключается в огромной скорости и способе обработки информации на сервере. Создание подобных машин угрожает современным стандартам шифрования данных.

В конце июня 2019 года стало известно о том, что ABN Amro первым среди банков начал использовать квантовые вычисления для борьбы с кибератаками. Для этого голландская компания начала сотрудничество с научно-исследовательским институтом QuTech, который создан Делфтским техническим университетом совместно с Голландской организацией прикладных научных исследований (Netherlands Organisation for Applied Scientific Research). Подробнее здесь.

В конце марта 2019 года в Британии была запущена первая в мире коммерческая квантовая сеть. Безопасная сеть будет применять квантовое распределение ключей (QKD): для защиты шифрованных сообщений используются принципы квантовой механики, а не сложные математические расчеты. Подробнее здесь.

8 января 2019 года корпорация IBM представила Q System One – компактный модульный квантовый компьютер, который сами представители компании окрестили «интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой, разработанной для научного и коммерческого применения». Подробнее здесь.

5 декабря 2018 года Ford в рамках очередного проекта разработает для грузовых дизельных машин комплексные карты маршрутов, которые помогут поддерживать нормальную работу сажевых фильтров. В 2019 году компания получит доступ к Лаборатории NASA по изучению квантового искусственного интеллекта Quantum Artificial Intelligence Lab в Исследовательском центре Эймса (Ames Research Center) в Кремниевой долине.

Специалисты Ford вместе с представителями NASA будут работать с компьютером, функционирующим по принципу квантовой релаксации (квантового отжига), который поможет решить сложнейшие задачи. Возможности квантовых вычислений будут применены для разработки решений в сфере управления большими автомобильными парками. Подробнее здесь.

В марте 2018 года стало известно о том, исследователи голландского центра Microsoft, расположенного в Техническом университете в Делфте (Delft University of Technology), работают над созданием квантового компьютера с гораздо более низкой частотой ошибок, чем в проектах, которые тестируются конкурирующими компаниями, такими как IBM и Google.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, в Microsoft получили достоверные свидетельства создания майорановских фермионов — элементарной частицы, являющейся собственной античастицей — в проволоке, состоящей из полупроводниковых и сверхпроводящих материалов. Уникальные свойства этих фермионов означают, что они могут быть использованы для создания квантовых компьютеров.

Именно их пытаются получить в голландском подразделении Microsoft в Делфте, где работают несколько холодильных установок стоимостью более $500 тыс. каждая. Они охлаждают специальные контуры до сверхнизких температур, при которых появляется возможность получить майорановские фермионы. Рядом с несколькими холодильниками висят гигантские 68-фунтовые магнитные кольца, которые команда Microsoft использует, чтобы снизить частоту ошибок в вычислениях. Магниты, впрочем, как признает физик Лео Коувенховен, являются обоюдоострым мечом, так как их большой размер и вес затрудняют эксперименты.

По словам Коувенховена, Microsoft полагает, что вычисления его квантового компьютера — если его удастся создать — будут в 1000 и 10 000 раз точнее, чем у существующих моделей. В том же помещении рядом с холодильниками работают молодые исследователи, анализирующие красочные графики, однако пока что признаков появления фермионов не отмечается. Точные измерения в плотном магнитном поле получить сложнее, и хотя теория на стороне исследователей, у них может просто не хватить времени на создание квантового компьютера мечты. Цель группы Коувенховена — получить стабильные майорановские фермионы к концу 2018 года.

Другие тестируемые версии квантовых компьютеров совершают слишком много ошибок в расчетах, чтобы использоваться на практике, например, для создания новых химических катализаторов или взламывания шифровальных кодов, на что изначально надеялись создатели. Поэтому несмотря на высокие затраты Microsoft пытается получить фермионы для создания кубитов — квантового разряда или наименьшего элемента для хранения информации в квантовом компьютере.

До сих пор Microsoft уступала конкурентам: у Google и IBM уже есть машины, которые, как считается, близки к достижению «квантового превосходства» — способности решать задачи, слишком сложные для стандартных компьютеров, — тогда как Microsoft еще даже не получила рабочий кубит. Однако кубиты на основе майорановских фермионов могут стать основой для потенциально более эффективного квантового компьютера. Поэтому Microsoft собрала группу ученых, которые принялись за работу в лабораториях в США, Нидерландах, Дании и Австралии. Ответственным за проект был назначен один из самых опытных руководителей Microsoft, Тодд Хольдхэл, который ранее работал над игровыми консолями Xbox и игровыми очками дополненной реальности HoloLens.

Генеральный директор Microsoft Сатья Наделла пояснил, что квантовые разработки наряду с искусственным интеллектом и дополненной реальностью будут иметь решающее значение для будущего компании, а в ноябре 2017 года Хольдхэл заявил в интервью Bloomberg, что Microsoft выведет на рынок собственный квантовый компьютер в течение следующих пяти лет. [13]

В марте 2018 года стало известно о том, что группа ученых UNSW Sydney (Университета Нового Южного Уэльса) из Австралии под руководством профессора Мишель Симмонс впервые в мире создала квантовый «процессор» на базе атома фосфора, на практике показав, что кубиты (одноатомные квантовые физические биты) могут взаимодействовать друг с другом уже на расстоянии 16 нанометров друг от друга, демонстрируя так называемое явление «квантовой запутанности». Однако принцип работы представленного устройства и современных компьютерных процессоров различаются кардинально.

Как известно, в современной массовой вычислительной технике биты могут принимать только два значения: «1» или «0», в то время как квантовые биты, или кубиты, могут также находиться в промежуточных состояниях. При этом изменение одного кубита всегда влияет на состояние связанных с ним «соседей». Это явление носит название квантовой запутанности и позволяет построить логический кубит — группу физических кубитов, связанных друг с другом. «Процессор», полученный путем соединения нескольких логических кубитов, может обеспечивать высочайшую производительность, характерную для квантовых компьютеров, а также позволит находить и исправлять ошибки, возникающие в физических кубитах под влиянием внешних факторов.

Ранее считалось, что взаимодействие между физическими кубитами возможно на расстоянии 20 нанометров. Однако австралийские ученые смогли добиться формирования логического кубита при расстоянии между атомами фосфора 16 нанометров. По утверждению Мишель Симмонс, квантовый компьютер, состоящий из 30 таких кубитов, превзойдет любые существующие традиционные вычислительные машины, а 300-кубитный экземпляр обгонит все существующие в мире компьютеры вместе взятые.

Ожидается, что полученные данные позволят улучшить существующую модель и ускорить появление прототипов устройств на основе одноатомных кубитов из фосфора. В частности, получить действующую модель из 10 связанных кубитов группа австралийских ученых рассчитывает уже в течение ближайших 5 лет. [14]

В начале декабря 2017 года стало известно о том, что ученые из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (UMD) и Национального института стандартов и технологий (NIST) США создали модель квантовой системы, состоящей из 53 кубитов, которые применяются для имитации квантовой материи.

По словам авторов проекта, симулятор UMD-NIST был создан путем развертывания 53 отдельных иттербиевых ионов, удерживаемых на месте позолоченными «бритвенно острыми» электродами. При этом количество атомов, по заверению ученых, можно еще увеличить, что, в свою очередь, приведет к росту числа кубитов.

UMD-NIST может работать при комнатной температуре и обычном атмосферном давлении — такое свойство характерно для всех систем кубитов, базирующихся на ионах. В представленной модели кубиты надежно изолированы от влияния окружающей среды.

Современные транзисторные компьютеры испытывают сложности, имея дело более чем с двадцатью взаимодействующими квантовыми объектами в связи с явлением квантового магнетизма — из-за него взаимодействие может привести к магнитному выравниванию или смешению конкурирующих интересов. В частности, 53 взаимодействующих друг с другом квантовых магнита создают около квадриллионов возможных магнитных конфигурации, и это количество удваивается с добавлением нового магнита, утверждают ученые.

По мнению ведущего автора исследования Цзехана Чжана (Jiehang Zhang), вскоре появится возможность контролировать 100 и более кубитов. Результаты своих исследований Чжан с коллегами опубликовали в журнале Nature. [15]

В октябре 2017 года было объявлено о поставке экспериментального 17-кубитного процессора Intel, созданного на базе технологий сверхпроводимости, в нидерландский исследовательский центр QuTech, занимающийся совместно с Intel исследованиями в области квантовой физики. Процессор, изготовленный на производственных мощностях Intel, отличается уникальной структурой кристалла, позволяющей повысить выход годных кристаллов на пластине и добиться существенного прироста производительности.

Как стало известно 12 сентября 2017 года, группа исследователей из Австралийского национального университета (ANU) разработала легированный ионами эрбия кристалл, который, как предполагается, может стать оптимальным материалом для построения глобальной телекоммуникационной сети. По мнению исследователей, кристалл, обладающий «странными квантовыми свойствами», может применяться в том числе для создания сети следующего поколения — квантового интернета. Эксперимент с кристаллами эрбия проводился под руководством доцента ANU Мэтью Селларса, пишет ZDNet.

По его словам, исследователям удалось значительно улучшить жизненно важный компонент для практического применения квантового интернета — время хранения квантовой памяти. Теоретически единицу информации квантовых компьютеров (кубит) можно сохранить с помощью фотонов, которые изменяют энергетические уровни атомов. Состояния «0» и «1» обеспечиваются низкими и высокими уровнями энергии, однако считывать подобную информацию достаточно сложно — атомы могут просто разойтись или "переизлучить" фотон, содержащий кубит, в случайном направлении. [16]

Австралийские исследователи предложили иной способ хранения квантового состояния. В его основе лежит эрбий — ион редкоземельного элемента, квантовые свойства которого позволяют ему передавать-принимать данные посредством волн длиной 1550 нм. Такие же волны используются в современных волоконно-оптических системах. В ходе эксперимента было установлено, что применение эрбия при передаче квантовых состояний устраняет необходимость в процессе преобразования, более того, их передача осуществима в существующих телекоммуникационных сетях. Исследователям удалось доказать, что ионы эрбия в кристалле могут хранить квантовую информацию на протяжении секунды — в 10 тыс. раз дольше, чем позволяют уже известные методологии хранения. Однако ученым еще предстоит «разогнать» ионы редкоземельного элемента для обеспечения циркуляции квантовой информации по всей глобальной сети.

Как отметила д-р Роуз Ахлефельдт, сотрудник Центра квантовых вычислительных и коммуникационных технологий ANU, квантовая память с продолжительностью жизни в 1 секунду позволит буферизовать и синхронизировать информацию, что необходимо для квантовой связи на больших расстояниях. Технология может также работать как квантовый источник света или применяться для оптической связи между твердотельными квантовыми вычислительными устройствами, подключенными к квантовому интернету.

По утверждению исследователей ANU, разработанный кристалл совместим с существующей волоконной оптикой и со сверхпроводящими кубитами, разрабатываемыми Google и IBM, при этом сможет работать со многими типами квантовых компьютеров, включая CQC2T.

Квантовый интернет

Ожидается, что в ближайшем будущем квантовый интернет может стать отдельным ответвлением обычного интернета. Исследовательские группы по всему миру разрабатывают чипы, которые позволят обычному компьютеру подключаться к квантовой сети, но на начальном этапе развития технологии в нее можно будет входить только для определенных задач. Например, с целью отправки сообщения с использованием квантовой криптографии (при перехвате квантового ключа сообщение будет моментально уничтожено). Квантовый интернет также может быть полезен для потенциальных схем квантовых вычислений.

10 августа стало известно о том, что китайские ученые первыми в мире смогли успешно передать данные с применением технологии квантового шифрования. Пакет информации был отправлен со спутника «Мо-Цзы» на наблюдательные станции Синлун (провинция Хэбэй) и Наньшань (Синьцзян-Уйгурский автономный район). Расстояние между спутником и наземными станциями составляло от 645 до 1200 км в разные моменты передачи пакета данных, рассказал в интервью агентству «Синьхуа» академик китайской академии наук Пан Цзянвэй (Pan Jianwei). [17]

По его словам, технология квантового шифрования позволила достичь скорости передачи данных на «на 20 порядков выше», чем если бы для этой цели применялось оптоволокно, проложенное из космоса. При этом Пан Цзянвэй подчеркнул, что для генерации и передачи на Землю 300 Кбит зашифрованной информации у китайских ученых было только одно 10-минутное окно, в рамках которого спутник пролетал над территорией страны.

Спутник квантовой связи «Мо-Цзы» был запущен в августе 2016 года. Период обращения спутника вокруг земли составляет 90 минут, вес — 631 кг. Аппарат предназначен для проведения ряда научных экспериментов, включая тестирование квантового распределения ключа между выведенным на орбиту аппаратом и наземными комплексами, исследование механизма квантовой запутанности, а также тестирование квантовой телепортации между спутником и станцией в Тибете. Предполагалось, что исследования займут около двух лет. [18]

Изначально планировалось передавать данные на пять станций в Китае и Австрии. К концу 2017 года еще два наземных объекта будут подготовлены к приёму данных с «Мо-Цзы» — в Германии и Италии.

Ранее эксперименты с квантовым шифрованием проводились только на Земле: в Европе, США и Китае. Для передачи ключей использовалось оптоволокно, но по мере продвижения сигнал ослабевал. Размещение источника сигнала в космосе решило эту проблему, поскольку основную часть пути фотоны проходят в вакууме.

По мнению ученых, квантовое шифрование позволит Китаю уже к 2030 году создать невзламываемую сеть, которая сможет обеспечить полную конфиденциальность и будет отличаться устойчивостью к любым атакам. Считывать информацию с подобных каналов данных злоумышленникам помешает принцип неопределенности Гейзенберга, один из основополагающих принципов квантовой механики, согласно которому следствием любого внешнего вмешательства в квантовую систему будет её необратимое изменение.

В июле 2017 года стало известно о том, что группа ученых из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина, профессора физики из Гарварда и сооснователя Российского квантового центра, создала и проверила программируемый квантовый компьютер на базе 51 кубита, став, таким образом, лидером среди участников «квантовой гонки».

Лукину и его коллегам удалось решить с помощью своего квантового вычислителя задачу моделирования поведения квантовых систем из множества частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров. Более того, в результате им удалось предсказать несколько ранее неизвестных эффектов, которые затем были проверены с помощью обычных компьютеров. В итоге ученым удалось найти способ приближенных вычислений, которые помогли получить сходный результат на классическом компьютере.

В ближайшее время ученые намерены продолжить эксперименты с квантовым компьютером, возможно, они попытаются использовать эту систему для проверки алгоритмов квантовой оптимизации, которые позволяют превзойти существующие компьютеры.

Физики из Университета Уотерлу (Канада) впервые реализовали квантовый канал связи для распределения секретных ключей шифрования между летящим самолетом в качестве получателя и наземной станцией в качестве отправителя. В рамках эксперимента ученым удалось в 6 попытках из 14 сгенерировать секретный ключ. В будущем система может найти применение для квантовой связи между самолетами и спутниками. Исследование опубликовано [19] в журнале Quantum Science and Technology, кратко о нем сообщает [20] Physics World [21] .

Существующие системы криптографии основаны на существовании секретного ключа, с помощью которого происходит шифрование информации. Без знания этого ключа расшифровка по сути невозможна. К примеру, в методе шифровальных блокнотов и получатель и отправитель хранят у себя абсолютно идентичные наборы случайных данных, которые суммируются с текстом сообщения. Без блокнота перебор всех возможных ключей даст все возможные сообщения данной длины.

Однако ключ необходимо каким-либо образом передать между участниками связи. Перехват ключа на этом этапе позволит злоумышленнику полностью расшифровать всю переписку. Чтобы такой перехват был невозможен на уровне законов физики, ученые разработан алгоритм квантового распределения ключа. Он основан на передаче одиночных фотонов, приготовленных в случайном состоянии («ноль» или «единица») и в случайном базисе (в вертикальной/горизонтальной или диагональной поляризации). При попытке злоумышленника измерить поляризацию фотона, произойдет изменение состояния последнего. Это удастся легко отследить отправителю и получателю и отбросить скомпроментированный ключ.

Для реализации подобных протоколов связи необходимо наладить квантовую коммуникацию между отправителем и получателем. В случае городских сетей, это можно сделать с помощью оптоволоконных линий. Также распределение ключа между неподвижными объектами можно организовать «по воздуху», с помощью лазера и детектора. Эти подходы уже были реализованы — предельные расстояния составляют около нескольких сотен километров в обоих случаях. Технику ограничивают потери в оптоволокне и рассеяние на турбулентных потоках в воздухе.

Авторы новой работы продемонстрировали принципиальную возможность квантового распределения ключа между летящим самолетом и наземной станцией. Для приема и передачи сигнальных фотонов физики использовали пару моторизированных телескопов. Приемник был установлен на самолете «Твин оттер», облетавшем наземную станцию по дуге или по прямой линии на высоте 1,6 километра. Номинальные расстояния между источником и приемником колебались от 3 до 10 километров. В установке были предприняты методы защиты от простейших атак, в том числе, «Троянских коней».

Всего самолет выполнил 14 полетов рядом с наземной станцией со скоростью около 200-250 километров в час. Ровно в половине случаев исследователям удалось установить квантовый канал связи и в шести из них — сгенерировать секретный ключ. Время квантовой связи колебалось от 30 секунд до четырех с половиной минут, максимальный размер секретного ключа составил 867 килобит.

На подготовку эксперимента у ученых ушло почти восемь лет. Ранее похожий эксперимент был поставлен в Германии, однако на самолете находился источник фотонов, а не приемник. По словам физиков, именно в новой постановке эксперимента ключ можно будет успешно генерировать для связи между спутником и самолетом. Преимущество использования спутника в отсутствии естественных помех между отправителем и получателем, например, гораздо более разреженная среда.

Microsoft объявила в июне 2017 года о проведении разработок в области создания квантового компьютера. Подобные машины способны перевернуть всю индустрию, так как позволят обрабатывать за секунды объемы данных, на анализ которых сейчас ушли бы годы. Технология, использующаяся в них, основана на кубитах (квантовых битах), которые могут одновременно находиться в двух состояниях – 0 и 1, в то время как обычные биты находятся только в одном из них. В будущем эта технология повлияет на такие области как криптография и сверхзащищенная связь, а также моделирование климата и поиск темной материи [22] .

Проект по созданию квантового компьютера Microsoft возглавляет Тодд Холмдал (Todd Holmdahl), ранее входивший в число руководителей команд разработчиков Kinect, HoloLens и Xbox. Сейчас он говорит о квантовых вычислениях, как о новом направлении в бизнесе, а не теоретических или исследовательских проектах. И он уверен, что именно Microsoft станет пионером в этой области, внедрив квантовые технологии в свои облачные платформы.

Команда под руководством Тодда Холмдала, входящая в состав недавно созданной Microsoft AI и Research Group, будет работать как над аппаратной так и программной частями квантового компьютера. «Подобно классическим высокопроизводительным вычислениям, нам нужно не только оборудование, но и оптимизированное программное обеспечение», - комментирует Матиас Тройер (Matthias Troyer), профессор вычислительной физики Швейцарской высшей технической школы Цюриха, специально приглашенный для участия в проекте исследовательской группы Microsoft.

В Microsoft уверены, что знания, накопленные Microsoft Research достигли того уровня, который позволит создать настоящий прорыв в создании квантового компьютера. На вопрос о том, когда Microsoft сможет построить свой первый топологический кубит, Холмдал, которому сейчас 52 года, не дает точного ответа. Однако отметил, что скоро он уходит на пенсию и событие произойдет до этого момента.

Физики из Китайского научно-технологического университета (Шанхай), Университета Вюрцбурга и Сент-Эндрюсского университета усовершенствовали работу одного из видов квантовых вычислителей — бозонного сэмплера. По словам авторов, теперь устройство превосходит ENIAC (первый универсальный классический компьютер) примерно в 220 раз в определенном классе задач. Ученые полагают, что бозонные сэмплеры смогут в ближайшее время продемонстрировать превосходство квантовых систем над современными классическими компьютерами. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics, кратко о нем сообщает агентство Синьхуа [23] .

Считается, что квантовые компьютеры способны значительно превзойти обычные, классические вычислители — это позволит решать задачи, ранее недоступные для ученых. Например, очень сложными для компьютеров оказываются вычисления свойств различных молекул — они основаны на законах квантовой механики. Однако превосходство квантовых вычислителей над традиционными системами было продемонстрировано лишь частично. Так, в конце 2015 года компания Google показала, что системы квантового отжига D-Wave могут многократно обгонять компьютеры при решении специально созданных задач оптимизации.

Для квантовых компьютеров производительность и ускорение, по сравнению с классическими системами напрямую зависит от числа кубитов — квантовых битов, существующих в суперпозиции состояний «нуля» и «единицы». Ученые ожидают, что квантовым компьютерам потребуется около 50 кубитов чтобы достичь превосходства — сейчас в лабораторных устройствах количество кубитов не превышает 10-15. Однако в некоторых специальных квантовых вычислителях можно обойтись меньшим количеством контролируемых квантовых частиц — например, для бозонных сэмплеров достаточно 20-30 фотонов.

Помимо количества фотонов, участвующих в работе сэмплера, на скорость его работы также влияет и частота считывания состояний фотонов. В новой работе ученые смогли значительно ее увеличить — примерно в 24 тысячи раз по сравнению с предыдущими экспериментами. По словам авторов, ключевым для достижения результата стала разработка высококачественных однофотонных источников на основе нанокристаллов полупроводников. Эти модули возбуждаются с помощью пикосекундных импульсов лазера (длящихся триллионную долю секунды) и генерируют 25,6 миллиона поляризованных одиночных фотонов в секунду, что является лучшим показателем по яркости в мире.

В качестве оптического стола с различными оптическими путями для фотонов авторы использовали программируемую интегральную оптическую схему — она определяла распределение, которое генерировал сэмплер. В нее входило 36 светоделителей — полупрозрачных зеркал. Ученые проверили работу устройства с тремя, четырьмя и пятью фотонами, создающими распределение. Для трехфотонных устройств частота генерации составила около пяти тысяч герц (в предыдущих работах эта величина не превышала двух десятых герца). По словам авторов, если использовать в установке однофотонные детекторы на сверхпроводящих нанонитях, то эту величину можно будет дополнительно увеличить в 26 раз.

С ростом скорости считывания и генерации распределений у физиков возникает возможность использовать большее количество фотонов в бозонном сэмплере. Так, если в прошлой работе с 10-фотонным семплером частота генерации составляла 11 штук в час, то в новой установке частоты того же порядка можно будет достигнуть уже с 14 фотонами. По словам авторов, если усовершенствовать схему генерации одиночных фотонов, ускорив их генерацию почти на 75 процентов, то можно будет ожидать скорости считывания 20-фотонных событий в 130 штук в час.

Физики сравнивают производительность новой системы с первым компьютером, созданном человеком, — ENIAC. По оценкам ученых, созданная схема трехфотонного сэмплинга превосходит скорость решения той же задачи с помощью ENIAC в 220 раз. Авторы утверждают, что создали первый вычислитель на одиночных фотонах, который смог обогнать классический компьютер.

В марте 2017 года IBM анонсировала, как утверждает компания, первый в мире коммерческий сервис квантовых вычислений. Программа под названием IBM Q 50-кубитный квантовый процессор будет запущена в облачной инфраструктуре IBM Cloud. Подробнее здесь.

Ученые Принстонского университета разработали устройство, позволяющее одному электрону передавать квантовую информацию фотону. Исследование было опубликовано в конце 2016 года в журнале Science и может стать настоящим прорывом в сфере квантовых компьютерных технологий [24] .

В ноябре 2016 года стало известно о том, что Microsoft разрабатывает квантовый компьютер. Для этого компания сформировала отдельный исследовательский проект, который возглавил ветеран Microsoft Тодд Холмдал (Todd Holmdahl), входивший в число руководителей команд разработчиков Kinect, HoloLens, и Xbox.

Квантовые вычисления предполагают, что использующие их компьютерные системы могут находиться в двух состояниях одновременно. Если традиционные ПК записывают биты информации последовательно (в состояниях нуль или единица), то квантовые могут выполнять несколько вычислений параллельно, кодируя два значения сразу.

Microsoft намерена создать "топологический" квантовый компьютер с двухмерными частицами, называемыми энионами, образующими трехмерные переплетения с двумя пространственными измерениями энионов и временем. Компания планирует использовать такие системы в проектах искусственного интеллекта, клинических исследованиях, моделировании климатических условий и др.

Помимо Тодда Холмдала, в команду исследователей квантовых вычислений Microsoft также вошли известные специалисты в этой области — профессоры Лео Кувенховен (Leo Kouwenhoven) из Дельфтского технологического университета, Чарльз Маркус (Charles Marcus) из Университета Копенгагена, Дэвид Рейлли (David Reilly) из Университета Сиднея и Маттиас Тройер (Matthias Troyer) из Швейцарского федерального технологического института.

Концепцией квантовых вычислений Microsoft заинтересовалась еще в 2005 году, создав тогда исследовательскую лабораторию Station Q под руководством математика Майкла Фридмана (Michael Freedman). В 2015 году Microsoft представила симулятор LIQUi|> (Language-Integrated Quantum Operations), позволяющий любому человеку изучать возможности квантовых вычислений. [25]

Китай планирует к концу 2017 года построить новую квантовую коммуникационную линию длиной более 300 километров, пишет газета China Daily со ссылкой на китайскую аэрокосмическую компанию (CASIC).

Строительство линии, которая соединит между собой город Ухань и Хэфэй, начнется в ближайшее время. Как отметил представитель CASIC У Сяофэн, линия будет использоваться правительственными структурами, а затем станет доступна местному бизнесу. Объем инвестиций оценивается в 29 миллионов долларов. Позднее эта линия будет соединена с линией между Пекином и Шанхаем, открытие которой запланировано на конец 2016 года.

В Китае в ноябре 2016 года открылась самая протяженная в мире квантовая коммуникационная линия, ее длина составляет 712 километров. Она соединяет между собой город Хэфэй в провинции Аньхой и Шанхай. Она является частью проекта квантовой коммуникационной линии протяженностью в 2 тысячи километров, создание которой началось в 2013 году. На линии расположены 11 наземных станций.

Китай начал разработку спутника квантовой связи в 2011 году. В середине августа был успешно осуществлен запуск первого в мире спутника квантовой связи «Мо-цзы» (Micius).

Как заявил ранее академик Китайской академии наук Пань Цзяньвэй, все системы спутника работают исправно. Отмечалось, что «Мо-цзы» после трехмесячного тестирования на орбите, будет сдан в эксплуатацию во второй половине ноября. До этого Пань Цзяньвэй также заявил, что Китай может к 2030 году создать глобальную сеть квантовой связи.

С начала XX века ученые разрабатывают методики шифрования и безопасной передачи информации. Они обладают двумя ключевыми недостатками — их можно взломать при приложении достаточных вычислительных мощностей (к примеру, квантового компьютера), или же информацию можно извлечь, «подслушав» её передачу по каналу данных.

Так называемые квантовые сети решают обе эти проблемы за счет того, что фундаментальное положение квантовой физики — принцип неопределенности Гейзенберга — не позволяет «третьему лишнему» считывать информацию с канала данных и подбирать к ней ключ.

Группа ученых из Мэрилендского университета в Колледж-Парке в США создала компактный квантовый компьютер, который можно перепрограммировать, передает Nature [26] . Машина состоит из пяти кубитов.

Издание сообщает, что кубиты захвачены при помощи ионной ловушки и ими можно управлять лазером. Помимо того, что кубиты являются вычислительными элементами, одновременно они также - ячейки памяти.

Ученые показали, что созданный компьютер способен выполнять различные квантовые алгоритмы. Причем, при переходе от одного алгоритма к другому вносить изменения в конструкцию системы не нужно.

Создатели утверждают, что точность вычислений квантового компьютера составляет 98 процентов, что является очень высоким показателем. По словам специалистов, в будущем его можно будет масштабировать посредством подключения аналогичной конструкции, что позволит выполнять более сложные задачи.

2015: Google заявила о вероятности создания квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры никогда не выиграют у современных классических компьютеров, если не обретут способность самостоятельной коррекции ошибок, разрушающих "хрупкие" квантовые состояния их квантовых битов, кубитов. Группа компаний Google, ведущая исследования в области квантовых вычислений, продемонстрировала первую в мире систему, способную самостоятельно производить коррекцию возникающих ошибок - шаг, приближающий область квантовых вычислений к ее практической реализации [27] .

Помянутое достижение стало возможным в результате перехода в компанию Google группы ученых из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре , осенью 2014 года. В свое время она разработала и изготовила систему квантовых сверхпроводящих схем, работающих с уровнем точности и надежности, достаточным для реализации технологии устранения ошибок.

Интересующимся сферой квантовых вычислений хорошо известно - основная проблема, с которой сталкиваются создатели квантовых вычислительных систем - необходимость сохранения квантового состояния кубитов в течение длительного времени. Хрупкое квантовое состояние может нарушаться вмешательством любого, из достаточно большого набора внешних факторов, от которых отгородиться полностью не получается принципиально. Решением этой проблемы является квантовый код коррекции ошибок, основа которого - классический метод устранения ошибок, достаточно широко используемый в современной вычислительной технике.

Но главная проблема, с которой пришлось столкнуться исследователям, в том, что разработанный код коррекции не имеет возможностей обнаружения возникшей ошибки прямым способом, не нарушая квантовое состояние кубитов.

Исследователи обошли эту проблему, используя явление квантовой запутанности, при помощи которого один кубит может делиться информацией с другими кубитами посредством "призрачной" квантовой связи. Корректирующий код, включенный в состав квантовой системы, измеряет значение квантового состояния кубита, запутанного с несколькими соседними кубитами, что помогает удержать его исходное состояние неизменным.

Созданный код коррекции ошибок работает за счет использования определенного пространственного расположения кубитов, которое чем-то напоминает шахматную доску. В белых квадратах этой доски располагаются информационные кубиты, задействованные в выполнении квантовых вычислительных операций, а в черных квадратах находятся "измерительные" кубиты, используемые для коррекции ошибок, возникающих в прилежащих информационных кубитах.

Для демонстрации технологии исследователи изготовили простое устройство, состоящее из девяти кубитов, упорядоченных в виде матрицы 3 на 3 элемента. И работа этой системы, точнее, работа корректирующего кода была проверена при помощи 90 тысяч специализированных вычислительных операций, что позволило собрать необходимое количество статистических данных.

Еще одно достижение: исследователи продемонстрировали, что показатели успешного устранения ошибок в квантовой системе увеличились с увеличением количества кубитов. К примеру, уровень ошибок при работе системы с пятью кубитами был в 2,7 раз меньше уровня ошибок в системе с единственным кубитом. А разница в этих уровнях между системами с одним и девятью кубитами составила чуть более 8,5 раз.

2013: Lockheed Martin использует канадскую квантовую систему D-Wave

На июль 2013 года даже современные, пока еще не очень совершенные, квантовые вычислительные системы пользуются огромным интересом ведущих мировых кампаний. Так, канадскую квантовую вычислительную машину D-Wave использует оборонная компания Lockheed Martin, а в начале 2013 года D-Wave усилил вычислительные мощности Google. D-Wave не является универсальным квантовым компьютером, хотя и может быть использован в качестве основы для его разработки. D-Wave - это 512-кубитная вычислительная машина на сверхпроводящих кольцах предназначенная для решения так называемых задач комбинаторной оптимизации, например анализа генома, вариантов сворачивания белков и т.п. Google будет использовать D-Wave для проектирования систем искусственного интеллекта, способного к самообучению.

28 февраля 2012 года команда учёных подразделения IBM Research заявила о достижении прогресса в направлении квантовых вычислений, что даст инженерам возможность приступить к непосредственной работе по созданию квантового компьютера.

Этот прорыв позволит учёным снизить величины нарастания ошибок данных в процессе элементарных вычислений, сохраняя при этом целостность квантово-механических свойств квантовых битов данных, известных как кубиты.

По мнению Марка Кетчена (Mark Ketchen), руководителя группы исследований физики информации центра TJ Watson компании IBM, создание квантовых компьютеров экспоненциально увеличит мощь вычислений в сравнении с той, что доступна обычным современным процессорам.

Кубит как и обычный бит может иметь два значения: 0 или 1. Разница в том, что бит должен иметь значение либо 0, либо 1, а кубит может быть 0, 1 или совмещать эти данные. В сообщении IBM говорится, что пока ещё квантовый компьютер далёк от реальности - на его создание, возможно, уйдёт от 10 до 15 лет. Тем не менее, прогресс в снижении уровня ошибок и сохранения целостности квантово-механических свойств кубита открывает широкие возможности для экспериментов. «Мы достигли, наконец, того, что устройства работают стабильно и возможна проверка данных и коррекция ошибок. Как только этот порог пересекаешь, азарт возрастает очень сильно», - сказал Кетчен.

На фото: кремниевый чип содержащий три кубита. Чип соединяется с вводом/выводом коаксиальными проводниками (масштаб: 8х4 мм). Источник: computerworld.com

Свои достижения в области квантовых вычислений команда IBM представила на ежегодной встрече Американского Физического Сообщества (American Physical Society) 28 февраля 2012 года.

IBM не одинока в своих исследованиях квантовых вычислений. Решением аналогичных задач заняты Калифорнийский и Йельский университеты. Однако Кетчен утверждает, что только у IBM имеются ресурсы для изготовления чипов для квантовых вычислений.

В отличие от нынешних кремниевых полупроводников IBM применяет сверхпроводящие кубиты, использующие методики микронных технологий, разработанные для кремниевых технологий, но производимые на сапфировых чипах, что позволяет одним махом нарастить производство кубитов до тысяч или миллионов единиц.

По словам Кетчена, пока IBM удается достичь 95% точности операции на своих прототипах. Учёные хотят достичь точности выше 99%, так, чтобы сокращение ошибок в данных достигло точки, где их уже можно будет использовать в вычислениях с приемлемой степенью точности. «После того как уровень ошибок в данных становится достаточно маленьким, вы можете объединить несколько затворов и получить идеальный кубит, - сказал Кетчен. – Теперь всё становится понятным как на площадке, где можно что-то создать и получить правильный ответ. Имеется в виду, что теперь нам придётся серьезнее подумать о более сложных вопросах вычислений, их взаимодействии».

Бриллианты или алмазы – неотъемлемая часть многих кинофильмов – теперь могут стать основной составляющей квантовых компьютеров. 5 апреля 2012 года всемирно известный журнал Nature опубликовал статью группы ученых из различных стран, которым удалось построить внутри алмаза работоспособный квантовый компьютер. В отличие от образцов предшественников в нем впервые удалось решить проблему нестабильной когерентности.

Как сказано в статье, для кодирования информации в виде квантовых битов или кубитов ученые задействовали природные дефекты кристаллической решетки алмаза. В отличие от привычных битов в современных компьютерах кубиты способны находиться не только в состояниях 0 или 1, но и в суперпозиции (проще говоря, одновременно в состояниях 0 и 1). Последний вариант до недавнего времени считался нестабильным, и вычислительные элементы ранее существующих прототипов квантовых компьютеров имели тенденцию быстро возвращаться из суперпозиции в классические состояния. Следствием так называемой нестабильной когерентности являются шумы и ошибки, которые приводят к резкому снижению надежности работы таких устройств.

Другими словами, обозначенный выше негативный эффект нужно стремиться минимизировать любой ценой. Использование твердого кристалла (в данном случае алмаза) в качестве рабочего тела квантового компьютера позволило добиться более стабильных состояний суперпозиции. Причина лежит на поверхности – спин ядра более стабилен, чем спин электрона, на который ориентировались раньше. По словам профессора Даниэля Лидара (Daniel Lidar), одновременно занимающего должности в USC Viterbi School of Engineering и USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, характерное время переключения состояний в ядрах измеряется миллисекундами, и это очень много. Электроны куда проворнее, однако состояние суперпозиции в вычислительных системах на их основе разрушить гораздо легче.