previous up index search
Previous: 4.7.13 Искусственный интеллект    UP: 4.7 Прикладные сети Интернет

4.7.14 Квантовые компьютеры

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)
Yu. Semenov (ITEP-MIPT)

В первом полугодии 2011 года появились сообщения о коммерческой версии 128-кубитового квантового компьютера стоимостью около 10 млн. долларов США (D-Wave). Такой компьютер размещается в криостате при температуре порядка 10 милли Кельвинов. Компьютер занимает площадь 10 кв. метров. Он умеет распознавать фотографии известных достопримечательностей. Позднее появилась версия D-Wave Two (512 кубит). Теоретически эквивалентная производительность квантовых компьютеров может достигать квадрильона операций в секунду. Экзотическим материалом в квантовом чипе D-Wave является ниобий, который при достаточно низкой температуры становится сверхпроводником. Ниобий расположен в виде колец, через которые ток может протекать по часовой стрелке, против неё или смешанно, в обоих направлениях - соответствуя, по словам Роуза (Джорджи Роуз (Geordie Rose) - основателя и технического директора компании D-Wave), "0", "1" или в суперпозиции двух значений в квантовом бите информации (кубите), на которых базируются квантовые вычисления. Чип представляет собой последовательность металлических дорожек на кремниевой подложке; подложка здесь та же самая, которая используется для любого полупроводникового процесса, но сверху расположены слои металла, разделённые изолятором. Перед нами полностью металлическое магнитное устройство, где вся информация хранится в виде направлений течения тока по металлическим петлям и переходам. Смотри D-Wave Orion: первый квантовый компьютер. Новейшие версии квантового компьютера могут работать при температуре 500 милликельвин (квантовый отжиг происходит при температуре 20 милликельвин). Идет разработка компьютера на 1000 кубит. Сегодняшняя технология позволяет создать машину на 8000 кубит. Машину на 500 кубит в 2014 году надеется создать компания Google.

Основатель компании D-Wave Джорджи Роуз в 2013 году заявил, что через 15 лет появятся компьютеры, которые превзойдут людей по интеллекту. Но истинно квантовые компьютеры, как утверждает Дэвид ди Винченцо, появятся только около 2035 года.

Рис. 1. Квантовый процессор D-wave

Рис. 2. Квантовый компьютер компании D-wave

Для построения квантового компьютера появляются новые возможности (см. "Diamonds may be quantum computing's new best friend", Katherine Noyes, IDG News Service, April 8, 2016). Исследователи в MIT (Paola Cappellaro etc.) предполагают использовать азотные вакасии в кристаллах алмаза. При помещении кристалла алмаза в сильное магнитное поле спины электронов в центрах вакансий могут быть орентированы вверх, вниз или характеризоваться квантовой суперпозицией этих состояний. Управление квантовыми объектами осуществляется микроволнами. Такая технология может стабилизировать работу системы.

Производительность квантового компьютера экспоненциально увеличивается по мере роста числа кубитов.

Компания IBM намерена предоставить в облаке всем желающим 5-кубитный квантовый компьютер (см. "IBM's quantum processor comes out of hiding", Agam Shah, IDG News Service, May 3, 2016). Ожидается, что доступ к компьютеру будет бесплатным. Данная модель будет иметь некоторые преимущества перед компьютером компании D-Wave и может использоваться для целей моделирования. Ведется разработка универсального квантового компьютера, пригодного к широкому кругу задач.

Криптозащита в самое ближайшее время может стать слишком слабой (см. "Twisted qubits: NSA quantum computer gonna take your sister's crypto", Richi Jennings, January 03, 2014). Газета Washington Post сообщила, что АНБ США разрабатывает квантовый компьютер, который сможет легко подбирать ключи к любому современному шифру. Программа разработки называется "Penetrating Hard Targets” и стоит 79,7 млн $.

Появление настоящих квантовых компьютеров сделает современную криптографию беспомощной, но одновременно откроет возможности новой квантовой криптографии, характеристики которой фантастичны.

Компания IBM предлагает универсальный квантовый компьютер (IBM Q systems) в качестве облачного сервиса (см. "IBM readies quantum as a service", Cliff Saran). В первом полугодии 2017г IBM расcчитывает завершить разработку прикладного программного обеспечения. Новый квантовый компьютер IBM имеет более 50 кубит, смотри "IBM's new Q program to include a 50-qubit quantum computer", Agam Shah, IDG News Service, March 5, 2017. Компания D-Wave создала квантовый компьютер на 2000 кубит (2000Q).


Previous: 4.7.13 Искусственный интеллект    UP: 4.7 Прикладные сети Интернет