Ang mga siyentipikong Ruso ay nagpakita ng isang pag-unlad na, ayon sa kanila, ay dapat na radikal na baguhin ang buhay ng sangkatauhan. Ang pinakamalaking kumpanya ng teknolohiya sa mundo ay bumubuo ng mga quantum computer na maaaring tumakbo ng milyun-milyong beses na mas mabilis kaysa sa mga modernong operating system. Ngunit nakilala na nila ang tagumpay ng kanilang mga kasamahan.

Ito ay tila hindi kapani-paniwala kahapon lamang - ang mga quantum computer na may kakayahang higitan ang lahat ng umiiral na mga aparato. Napakalakas ng mga ito na maaari nilang buksan ang mga bagong abot-tanaw para sa sangkatauhan o ibagsak ang lahat ng sistema ng seguridad dahil maaari nilang i-hack ang mga ito.

"Ang gumaganang quantum computer ay mas masahol pa kaysa sa atomic bomb," sabi ni Sergei Belousov, CEO ng Acronis at co-founder ng Russian Quantum Center.

Ang pinakamalaking mga korporasyon ay namumuhunan sa pag-unlad: Google, IBM, Microsoft, Alibaba. Ngunit ngayon ang spotlight ay nasa Mikhail Lukin, isang Harvard physicist at isa sa mga tagapagtatag ng Russian Quantum Center. Nagawa ng kanyang koponan ang pinakamakapangyarihang quantum computer hanggang ngayon.

"Ito ang isa sa pinakamalaking quantum system na nalikha. Kami ay pumapasok sa isang rehimen kung saan ang mga klasikal na computer ay hindi makayanan ang mga kalkulasyon. Gumagawa na kami ng maliliit na pagtuklas, nakakita kami ng mga bagong epekto na hindi inaasahan ayon sa teorya, na magagawa na namin ngayon, sinusubukan naming maunawaan, hindi namin lubos na naiintindihan ang mga ito, "sabi ng propesor sa Harvard University, co-founder ng Russian. Quantum Center na si Mikhail Lukin.

Lahat ay dahil sa kapangyarihan ng naturang mga aparato. Ang mga kalkulasyon na aabutin ng libu-libong taon sa supercomputer ngayon ay maaaring gawin ng isang quantum computer sa isang iglap.

Paano ito gumagana? Sa maginoo na mga computer, ang impormasyon at mga kalkulasyon ay mga bit. Ang bawat bit ay alinman sa isang zero o isang isa. Ngunit ang mga quantum computer ay nakabatay sa mga qubit, at maaari silang nasa estado ng superposisyon, kung saan ang bawat qubit ay parehong zero at isa. At kung para sa anumang pagkalkula, kailangan ng mga ordinaryong computer, sa halos pagsasalita, na bumuo ng mga pagkakasunud-sunod, pagkatapos ay ang mga kalkulasyon ng quantum ay magaganap nang magkatulad, sa isang iglap. Mayroong 51 ganoong qubit sa computer ni Mikhail Lukin.

“Una, gumawa siya ng system na may pinakamaraming qubit. Kung sakali. Sa puntong ito, sa tingin ko iyon ay higit sa dalawang beses na mas maraming qubit kaysa sa iba. At partikular siyang gumawa ng 51 qubit, hindi 49, dahil patuloy na sinasabi ng Google na gagawa sila ng 49," paliwanag ni Sergei Belousov, CEO ng Acronis, co-founder ng Russian Quantum Center.

Ang paglikha ng pinakamakapangyarihang quantum computer ay hinulaang para sa kanya. Si John Martinez ang pinuno ng pinakamalaking quantum laboratory sa mundo, ang Google Corporation. At binalak niyang tapusin ang kanyang 49-qubit na computer sa loob lamang ng ilang buwan.

"22 qubits ang pinakamataas na magagawa namin, ginamit namin ang lahat ng aming mahika at propesyonalismo," sabi niya.

Sina Martinez at Lukin ay gumanap sa parehong yugto - sa Moscow, sa Ika-apat na International Quantum Conference. Gayunpaman, hindi itinuturing ng mga siyentipiko ang kanilang sarili na mga karibal.

“Maling isipin na isang lahi. Mayroon tayong tunay na lahi sa kalikasan. Dahil mahirap talagang gumawa ng quantum computer. At nakakatuwa lang na may nakagawa ng system na may napakaraming qubit," sabi ni John Martinez, pinuno ng Quantum Artificial Intelligence Laboratory ng Google.

Ngunit bakit kailangan natin ng mga quantum computer? Kahit na ang kanilang mga tagalikha ay hindi nakakaalam ng tiyak. Sa kanilang tulong, maaaring mabuo ang ganap na bagong mga materyales at daan-daang mga pagtuklas sa pisika at kimika. Ang mga quantum computer ay marahil ang tanging bagay na makakapag-unlock sa misteryo ng utak ng tao at artificial intelligence.

"Kapag ang isang siyentipikong pagtuklas ay ginawa, ang mga tagalikha nito ay hindi napagtanto ang lahat ng kapangyarihang idudulot nito. Noong naimbento ang transistor, walang nag-iisip na ang mga computer ay itatayo sa transistor na ito,” sabi ni Ruslan Yunusov, direktor ng Russian Quantum Center.

Ang isa sa mga unang computer ay nilikha noong 40s ng ikadalawampu siglo at may timbang na 27 tonelada. Kung ihahambing natin ito sa mga modernong aparato, kung gayon ang isang ordinaryong smartphone ay kasing lakas ng 20,000 sa mga makinang ito. At ito ay higit sa 70 taon ng pag-unlad. Ngunit kung dumating ang panahon ng mga quantum computer, ang ating mga inapo ay magtataka kung paano gamitin ang mga antigong ito.

Pagdating sa mga natitirang siyentipikong Ruso, marami ang naaalala ang mga bayani noong nakaraan - Mendeleev, Pavlov o Landau, na nalilimutan na sa ating mga kontemporaryo mayroong maraming mga natitirang mananaliksik. Para sa Araw ng Agham ng Russia, kinolekta ng "Attic" ang mga pangalan ng mga nakagawa ng makabuluhang pagtuklas noong ika-21 siglo.

Physics

Andrey Geim. Larawan: ITAR-TASS/ Stanislav Krasilnikov

Sa bagong milenyo, ang Nobel Prize sa Physics ay napunta sa mga siyentipiko na nagsasalita ng Ruso nang tatlong beses, bagaman noong 2010 lamang - para sa isang pagtuklas na ginawa noong ika-21 siglo. Mga nagtapos ng MIPT Laro ni Andrey At Konstantin Novoselov Sa laboratoryo ng Unibersidad ng Manchester sa unang pagkakataon ay nakakuha sila ng isang matatag na dalawang-dimensional na carbon crystal - graphene. Ito ay isang napaka manipis - isang atom na makapal - carbon film, na, dahil sa istraktura nito, ay may maraming mga kagiliw-giliw na katangian: kahanga-hangang kondaktibiti, transparency, flexibility, at napakataas na lakas. Ang mga bago at bagong lugar ng aplikasyon ay patuloy na nahanap para sa graphene, halimbawa sa microelectronics: flexible display, electrodes at solar panel ay nilikha mula dito.

Mikhail Lukin. Larawan: ITAR-TASS/ Denis Vyshinsky

Isa pang nagtapos ng MIPT, at ngayon ay isang propesor ng physics sa Harvard University Mikhail Lukin , ginawa ang tila imposible: pinahinto niya ang ilaw. Upang gawin ito, ginamit ng siyentipiko ang supercooled rubidium vapor at dalawang lasers: ang control one ay gumawa ng medium conductive to light, at ang pangalawa ay nagsilbing source ng isang maikling light pulse. Kapag ang control laser ay naka-off, ang mga particle ng light pulse ay tumigil sa pag-alis sa daluyan, na parang huminto dito. Ang eksperimentong ito ay isang tunay na tagumpay patungo sa paglikha ng mga quantum computer - mga makina ng isang ganap na bagong uri na maaaring magsagawa ng napakalaking bilang ng mga operasyon nang magkatulad. Ipinagpatuloy ng siyentipiko ang kanyang pananaliksik sa lugar na ito, at noong 2012, nilikha ng kanyang grupo sa Harvard ang pinakamahabang buhay na qubit noong panahong iyon, ang pinakamaliit na elemento para sa pag-iimbak ng impormasyon sa isang quantum computer. At noong 2013, si Lukin sa unang pagkakataon ay nakakuha ng photonic matter - isang uri ng sangkap, na binubuo lamang hindi ng mga atomo, ngunit ng mga particle ng liwanag, mga photon. Ito rin ay binalak na gamitin para sa quantum computing.

Yuri Oganesyan (gitna) kasama sina Georgy Flerov at Konstantin Petrzhak. Larawan mula sa JINR electronic archive

Ang mga siyentipikong Ruso noong ika-21 siglo ay makabuluhang pinalawak ang periodic table. Halimbawa, noong Enero 2016, ang mga elemento na may mga numero 113, 115, 117 at 118 ay idinagdag dito, tatlo sa mga ito ay unang nakuha sa Joint Institute for Nuclear Research (JINR) sa Dubna sa ilalim ng pamumuno ng isang akademiko ng Russian Academy. ng Sciences Yuri Oganesyan . Mayroon din siyang karangalan na matuklasan ang ilang iba pang mga superheavy na elemento at ang kanilang mga reaksyon sa synthesis: ang mga elementong mas mabigat kaysa sa uranium ay hindi umiiral sa kalikasan - sila ay masyadong hindi matatag, kaya ang mga ito ay nilikha nang artipisyal sa mga accelerator. Bilang karagdagan, kinumpirma ng eksperimento ni Oganesyan na para sa mga superheavy na elemento ay may tinatawag na "isla ng katatagan." Ang lahat ng mga elementong ito ay napakabilis na nabubulok, ngunit una sa teorya at pagkatapos ay sa eksperimento ay ipinakita na sa kanila ay dapat mayroong ilan na ang buhay ay makabuluhang lumampas sa buhay ng kanilang mga kapitbahay sa talahanayan.

Chemistry

Artem Oganov. Larawan mula sa personal na archive

Chemist Artem Oganov , pinuno ng mga laboratoryo sa USA, China at Russia, at ngayon ay isang propesor din sa Skolkovo Institute of Science and Technology, ay lumikha ng isang algorithm na nagpapahintulot sa iyo na gumamit ng isang computer upang maghanap ng mga sangkap na may paunang natukoy na mga katangian, kahit na imposible mula sa punto ng pananaw ng klasikal na kimika. Ang pamamaraan na binuo ni Oganov ay naging batayan ng programa ng USPEX (na nagbabasa tulad ng salitang Ruso para sa "tagumpay"), na malawakang ginagamit sa buong mundo ("Attic" nang detalyado). Sa tulong nito, natuklasan ang mga bagong magnet at substance na maaaring umiral sa matinding kondisyon, gaya ng mataas na presyon. Ipinapalagay na ang mga ganitong kondisyon ay maaaring umiiral sa ibang mga planeta, na nangangahulugan na ang mga sangkap na hinulaang ni Oganov ay naroroon.

Valery Fokin. Biopharmaceutical cluster "Northern"

Gayunpaman, ito ay kinakailangan hindi lamang sa modelo ng mga sangkap na may paunang natukoy na mga katangian, ngunit din upang lumikha ng mga ito sa pagsasanay. Upang makamit ito, isang bagong paradaym ang ipinakilala sa chemistry noong 1997, ang tinatawag na click chemistry. Ang salitang "click" ay ginagaya ang tunog ng isang trangka, dahil ang bagong termino ay ipinakilala para sa mga reaksyon na dapat, sa ilalim ng anumang kundisyon, ikonekta ang maliliit na bahagi sa nais na molekula. Sa una, ang mga siyentipiko ay hindi nagtitiwala sa pagkakaroon ng isang himala na reaksyon, ngunit noong 2002 Valery Fokin , isang nagtapos sa Nizhny Novgorod State University na pinangalanang Lobachevsky, na ngayon ay nagtatrabaho sa Scripps Institute sa California, ay natuklasan ang gayong "molecular latch": ito ay binubuo ng isang azide at isang alkyne at gumagana sa presensya ng tanso sa tubig na may ascorbic acid. Gamit ang simpleng reaksyong ito, ang ganap na magkakaibang mga compound ay maaaring pagsamahin sa bawat isa: mga protina, tina, mga di-organikong molekula. Ang ganitong "pag-click" na synthesis ng mga sangkap na may dating kilalang mga katangian ay pangunahing kinakailangan kapag lumilikha ng mga bagong gamot.

Biology

Evgeny Kunin. Larawan mula sa personal na archive ng siyentipiko

Gayunpaman, upang gamutin ang isang sakit, kung minsan ay kinakailangan hindi lamang upang neutralisahin ang isang virus o bakterya, kundi pati na rin upang iwasto ang sariling mga gene. Hindi, hindi ito ang balangkas ng isang science fiction na pelikula: nakabuo na ang mga siyentipiko ng ilang sistema ng "molecular scissors" na may kakayahang i-edit ang genome (higit pa tungkol sa kamangha-manghang teknolohiya sa artikulong Attic). Ang pinaka-promising sa kanila ay ang CRISPR/Cas9 system, na nakabatay sa mekanismo ng proteksyon laban sa mga virus na umiiral sa bacteria at archaea. Isa sa mga pangunahing mananaliksik ng sistemang ito ay ang ating dating kababayan Evgeniy Kunin , na nagtatrabaho sa US National Center for Biotechnology Information sa loob ng maraming taon. Bilang karagdagan sa mga sistema ng CRISPR, ang siyentipiko ay interesado sa maraming mga isyu ng genetics, evolutionary at computational biology, kaya hindi para sa wala ang kanyang H-index (ang citation index ng mga artikulo ng isang siyentipiko, na sumasalamin sa kung gaano ang kanyang pananaliksik ay hinihiling) ay lumampas sa 130 - ito ay isang ganap na rekord sa lahat ng mga siyentipiko na nagsasalita ng Ruso.

Vyacheslav Epstein. Larawan ng Northwestern University

Gayunpaman, ang panganib ngayon ay dulot hindi lamang ng mga pagkasira ng genome, kundi pati na rin ng mga pinakakaraniwang mikrobyo. Ang katotohanan ay na sa nakalipas na 30 taon ay walang isang bagong uri ng antibiotic ang nalikha, at ang bakterya ay unti-unting nagiging immune sa mga luma. Sa kabutihang palad para sa sangkatauhan, noong Enero 2015, isang grupo ng mga siyentipiko mula sa Northeastern University sa Estados Unidos ang nag-anunsyo ng paglikha ng isang ganap na bagong antimicrobial agent. Upang gawin ito, ang mga siyentipiko ay bumaling sa pag-aaral ng bakterya sa lupa, na dati ay itinuturing na imposible na lumago sa mga kondisyon ng laboratoryo. Upang makayanan ang balakid na ito, isang empleyado ng Northeastern University, isang nagtapos sa Moscow State University Vyacheslav Epshtein kasama ang isang kasamahan, nakabuo siya ng isang espesyal na chip para sa lumalagong masasamang bakterya mismo sa sahig ng karagatan - sa tusong paraan na ito, iniiwasan ng siyentipiko ang problema ng tumaas na "capriciousness" ng bakterya na hindi gustong lumaki sa isang Petri dish. Ang pamamaraan na ito ay nabuo ang batayan ng isang malaking pag-aaral, ang resulta kung saan ay ang antibiotic teixobactin, na maaaring makayanan ang parehong tuberculosis at Staphylococcus aureus.

Mathematics

Grigory Perelman. Larawan: George M. Bergman - Mathematisches Institut Oberwolfach (MFO)

Kahit na ang mga taong napakalayo sa agham ay malamang na narinig ang tungkol sa matematika mula sa St. Petersburg Grigory Perelman . Noong 2002-2003, naglathala siya ng tatlong papel na nagpapatunay sa haka-haka ng Poincaré. Ang hypothesis na ito ay kabilang sa isang sangay ng matematika na tinatawag na topology at ipinapaliwanag ang pinaka-pangkalahatang katangian ng espasyo. Noong 2006, ang patunay ay tinanggap ng mathematical community, at ang Poincaré conjecture sa gayon ay naging unang nalutas sa mga tinatawag na pitong milenyo na problema. Kabilang dito ang mga klasikal na problema sa matematika kung saan ang mga patunay ay hindi natagpuan sa loob ng maraming taon. Para sa kanyang patunay, iginawad si Perelman ng Fields Medal, na madalas na tinatawag na Nobel Prize para sa mga mathematician, pati na rin ang Millennium Problem Solving Prize ng Clay Mathematics Institute. Tinanggihan ng siyentipiko ang lahat ng mga parangal, na nakakuha ng atensyon ng isang publiko na malayo sa matematika.

Stanislav Smirnov. Larawan: ITAR-TASS/ Yuri Belinsky

Nagtatrabaho sa University of Geneva Stanislav Smirnov noong 2010 ay nanalo rin siya ng Fields Medal. Ang kanyang pinakaprestihiyosong parangal sa mundo ng matematika ay ang kanyang patunay ng conformal invariance ng two-dimensional percolation at ang modelo ng Ising sa statistical physics - ang hindi mabigkas na bagay na ito ay ginagamit ng mga theorists upang ilarawan ang magnetization ng isang materyal at ginagamit sa pagbuo ng quantum mga kompyuter.

Andrey Okunkov. Larawan: Radio Liberty

Ang Perelman at Smirnov ay mga kinatawan ng Leningrad Mathematical School, mga nagtapos ng kilalang ika-239 na paaralan at ang Faculty of Mathematics at Mechanics ng St. Petersburg State University. Ngunit mayroon ding mga Muscovites sa mga nominado ng Nobel Prize sa matematika, halimbawa, isang propesor sa Columbia University na nagtrabaho sa USA nang maraming taon at isang nagtapos sa Moscow State University. Andrey Okunkov . Natanggap niya ang Fields Medal noong 2006, kasabay ni Perelman, para sa kanyang mga tagumpay na nagkokonekta sa probability theory, representation theory, at algebraic geometry. Sa pagsasagawa, ang gawain ni Okunkov sa paglipas ng mga taon ay nakahanap ng aplikasyon pareho sa istatistikal na pisika upang ilarawan ang mga ibabaw ng mga kristal, at sa string theory - isang larangan ng pisika na sumusubok na pagsamahin ang mga prinsipyo ng quantum mechanics at ang teorya ng relativity.

Kwento

Peter Turchin. Larawan: Stevens University of Technology

Iminungkahi niya ang isang bagong teorya sa intersection ng matematika at sangkatauhan Petr Turchin . Nakapagtataka na si Turchin mismo ay hindi isang matematiko o isang mananalaysay: siya ay isang biologist na nag-aral sa Moscow State University at ngayon ay nagtatrabaho sa Unibersidad ng Connecticut at nag-aaral ng mga populasyon. Ang mga proseso ng biology ng populasyon ay umuunlad sa mahabang panahon, at ang kanilang paglalarawan at pagsusuri ay kadalasang nangangailangan ng pagbuo ng mga modelong matematikal. Ngunit ang pagmomodelo ay maaari ding gamitin upang mas maunawaan ang panlipunan at pangkasaysayang mga phenomena sa lipunan ng tao. Ito mismo ang ginawa ni Turchin noong 2003, na tinawag ang bagong diskarte na cliodynamics (sa ngalan ng muse ng kasaysayan na Clio). Gamit ang pamamaraang ito, si Turchin mismo ang nagtatag ng "sekular" na mga siklo ng demograpiko.

Linggwistika

Andrey Zaliznyak. Larawan: Mitrius/wikimedia

Bawat taon sa Novgorod, pati na rin sa ilang iba pang mga sinaunang lungsod ng Russia, tulad ng Moscow, Pskov, Ryazan at kahit Vologda, higit pa at higit pang mga birch bark letter ang matatagpuan, ang edad kung saan nagmula noong ika-11-15 na siglo. Sa mga ito maaari kang makahanap ng personal at opisyal na sulat, mga ehersisyo ng mga bata, mga guhit, mga biro, at kahit na mga liham ng pag-ibig - "Ang Attic" ay tungkol sa pinakanakakatawang sinaunang mga inskripsiyon ng Russia. Ang buhay na wika ng mga titik ay tumutulong sa mga mananaliksik na maunawaan ang Novgorod dialect, pati na rin ang buhay ng mga ordinaryong tao at ang kasaysayan ng Rus'. Ang pinakasikat na mananaliksik ng mga dokumento ng birch bark ay, siyempre, Academician ng Russian Academy of Sciences Andrey Zaliznyak : Ito ay hindi walang dahilan na ang kanyang taunang mga lektura, na nakatuon sa mga bagong natagpuang titik at pag-decipher ng mga luma, ay puno ng mga tao.

Klimatolohiya

Vasily Titov. Larawan mula sa noaa.gov

Noong umaga ng Disyembre 26, 2004, ang araw ng trahedya na tsunami sa Indonesia, na, ayon sa iba't ibang mga pagtatantya, ay pumatay ng 200-300 libong tao, isang nagtapos ng NSU, na nagtatrabaho sa Tsunami Research Center sa National Oceanic and Atmospheric Administration. sa Seattle (USA), Vasily Titov nagising sikat. At ito ay hindi lamang isang pigura ng pananalita: nang malaman ang tungkol sa pinakamalakas na lindol na naganap sa Indian Ocean, ang siyentipiko, bago matulog, ay nagpasya na magpatakbo ng isang tsunami wave forecasting program sa kanyang computer at nai-post ang mga resulta nito online. Ang kanyang hula ay naging napaka-tumpak, ngunit, sa kasamaang-palad, ito ay ginawa nang huli at samakatuwid ay hindi mapigilan ang mga kaswalti ng tao. Ngayon ang tsunami forecasting program MOST, na binuo ni Titov, ay ginagamit sa maraming bansa sa buong mundo.

Astronomiya

Konstantin Batygin. Larawan mula sa caltech.edu

Noong Enero 2016, nagulat ang mundo sa isa pang balita: sa ating katutubong solar system. Ang isa sa mga may-akda ng pagtuklas ay ipinanganak sa Russia Konstantin Batygin mula sa Unibersidad ng California. Ang pagkakaroon ng pag-aaral sa paggalaw ng anim na cosmic body na matatagpuan sa kabila ng orbit ng Neptune, ang pinakahuli sa kasalukuyang kinikilalang mga planeta, ang mga siyentipiko ay gumamit ng mga kalkulasyon upang ipakita na sa layo na pitong beses na mas malaki kaysa sa distansya mula sa Neptune hanggang sa Araw, dapat mayroong isa pang planeta. umiikot sa Araw. Ang sukat nito, ayon sa mga siyentipiko, ay 10 beses ang diameter ng Earth. Gayunpaman, upang maging ganap na kumbinsido sa pagkakaroon ng malayong higante, kailangan pa rin itong makita gamit ang isang teleskopyo.

Noong Biyernes ng umaga, Hulyo 14, sa International Conference on Quantum Technologies, si Mikhail Lukin, co-founder ng Russian Quantum Center at propesor sa Harvard University, ay nagsalita tungkol sa paglikha ng isang ganap na programmable na 51-qubit quantum computer ng kanyang research group. Sa unang sulyap, ang resultang ito ay matatawag na biglaang tagumpay sa lugar na ito - ang mga higante tulad ng Google at IBM ay papalapit lamang sa 50-qubit mark sa isang quantum computer. Kahapon lang, lumabas ang isang detalyadong paglalarawan ng eksperimento sa arXiv.org preprint server. Editoryal N+1 Nagpasya akong malaman kung ano ang nangyari at kung ano ang aasahan mula sa bagong quantum computer.

Sa madaling sabi tungkol sa mga quantum computer - unibersal at hindi unibersal

Ano ang 51-qubit na computer?

Tingnan natin ang sistemang nilikha ng mga physicist sa kanilang bagong gawain. Ang papel na ginagampanan ng mga qubit dito ay ginagampanan ng malamig na rubidium atoms na nakuha sa isang optical trap. Ang bitag mismo ay isang hanay ng 101 optical tweezers (nakatutok na laser beam). Ang atom ay gaganapin sa isang posisyon ng balanse sa pamamagitan ng mga sipit dahil sa gradient ng electric field - ito ay naaakit sa rehiyon na may pinakamataas na lakas ng electric field, na matatagpuan sa focal point ng mga sipit. Dahil ang lahat ng mga sipit ay naka-line up sa isang hilera, ang lahat ng mga qubit atoms ng computer ay naka-line up din sa isang chain.

"Zero" para sa bawat isa sa mga atomo ng rubidium ay ang ground nito, hindi nasasabik na estado. Ang "One" ay isang espesyal na inihandang estado ng Rydberg. Ito ay isang nasasabik na estado kung saan ang panlabas na electron ng rubidium ay napakalayo mula sa nucleus (sa ika-50, ika-100, ika-1000 na orbital), ngunit nananatiling nauugnay dito. Dahil sa kanilang malaking radius, ang mga atomo ng Rydberg ay nagsisimulang makipag-ugnayan (pagtataboy) sa mas malalayong distansya kaysa sa mga ordinaryong. Ang pagtanggi na ito ang ginagawang posible na gawing isang hanay ng 51 rubidium atoms ang isang hanay ng mga partikulo na malakas na nakikipag-ugnayan.

Upang makontrol ang mga estado ng mga qubit, isang hiwalay na sistema ng mga laser ang ginagamit, na may kakayahang kapana-panabik ang mga ito sa estado ng Rydberg. Ang pangunahing at pinakamahalagang katangian ng bagong computer ay ang kakayahang direktang tugunan ang bawat isa sa 51 qubits. Mayroon ding mga mas kumplikadong ensembles ng mga atom kung saan ang mga naka-entangled quantum states ay sinusunod (napag-usapan namin kamakailan ang tungkol sa 16 na milyong mga atom na nalilito sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa isang photon), at ang mga quantum simulation ay isinagawa sa higit sa isang daang malamig na atoms. Ngunit sa lahat ng mga kasong ito, ang mga siyentipiko ay walang paraan upang tumpak na makontrol ang sistema. Iyon ang dahilan kung bakit ang bagong sistema ay tinatawag na isang ganap na programmable quantum computer.

Ang bawat pagkalkula sa isang quantum computer ay, sa isang kahulugan, isang simulation ng isang tunay na quantum system. Ang pangunahing bahagi ng bagong gawain ay nakatuon sa pagmomodelo ng isang kilalang quantum system - ang modelong Ising. Inilalarawan nito ang isang chain (sa kasong ito) ng mga particle na may non-zero spins (magnetic moments) na nakikipag-ugnayan sa kanilang mga kapitbahay. Ang modelo ng Ising ay kadalasang ginagamit upang ilarawan ang magnetism at magnetic transition sa solids.

Ang eksperimento ay nakabalangkas tulad ng sumusunod. Una, ang mga particle ay pinalamig at nakuha sa optical tweezers. Ito ay isang probabilistic na proseso, kaya sa una ang particle array ay magulo. Ang isang pagkakasunud-sunod ng mga sukat at pagsasaayos ay ginamit upang lumikha ng isang walang depektong hanay ng higit sa 50 malamig na mga atomo sa lupa na hindi nasasabik na estado. Sa susunod na yugto, ang mga optical tweezers ay naka-off at sa parehong oras ang sistema ay naka-on, na kapana-panabik ang mga atomo sa estado ng Rydberg. Sa loob ng ilang panahon, ang sistema ay umunlad sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng van der Waals - sinakop ng mga atomo ang pinaka "maginhawa" na mga posisyon para sa kanila, pagkatapos nito ay muling binuksan ang mga sipit at pinag-aralan ang resulta ng ebolusyon.

Depende sa kung gaano kalapit ang malamig na mga atomo sa kapana-panabik na pulso, naobserbahan ng mga pisiko ang iba't ibang resulta ng ebolusyon. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga atomo ng Rydberg ay magagawang sugpuin ang paggulo ng mga kapitbahay sa mga estado ng Rydberg (dahil sa malakas na pagtanggi). Napagmasdan ng mga siyentipiko ang mga sistema kung saan ang mga atomo, pagkatapos ng ebolusyon, ay inayos sa paraang sa pagitan ng bawat pares ng kalapit na mga atomo ng Rydberg ay may mahigpit na isa, mahigpit na dalawa, o mahigpit na tatlong ordinaryong mga atomo.

Kapansin-pansin, ang pagbuo ng napakaayos na mga istruktura pagkatapos ng libreng ebolusyon ay naganap na may napakataas na posibilidad - kahit na sa kaso ng isang hanay ng 51 malamig na atomo.

Upang makita kung paano nangyayari ang proseso ng ebolusyon, binuksan ng mga siyentipiko ang mga sipit at "nikuhaan ng larawan" ang system sa iba't ibang mga punto ng oras. Ito ay lumabas na sa ilang mga kaso ang ebolusyon sa isang estado ng ekwilibriyo ay naganap nang napakabagal: ang sistema ay nag-oscillated nang mahabang panahon sa pagitan ng ilang mga estado. Ang resultang ito ay maaaring kumpirmahin ng magaspang na klasikal na simulation, na kinasasangkutan ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng kalapit at kasunod na mga kalapit na atomo sa pagsusuri.

Kapaki-pakinabang ba ito?

Isa ito sa mga kaso kung saan hinuhulaan ng quantum modeling ang isang tunay na bagong epekto. Kapansin-pansin na imposibleng tumpak na gayahin ang isang sistema ng 51 malamig na atomo gamit ang isang klasikal na computer. Upang mailarawan lamang ang lahat ng posibleng estado nito, kakailanganin ang 2 51 bits ng RAM (tungkol sa isang petabyte). Ang epektong ito ay nakumpirma lamang ng magaspang na simulation sa isang klasikal na computer.

Kapansin-pansin, ang eksaktong kabaligtaran na sitwasyon ay lumitaw sa mga kalkulasyon ng quantum chemical - ang mga klasikal na computer ay nagbibigay lamang ng isang tinatayang pagtatantya ng mga katangian ng mga kumplikadong sistema, na gumagastos ng napakalaking mapagkukunan ng computing dito. Kasabay nito, ang direktang pagsusuri ng mga walang alinlangang quantum system na ito ay nagbibigay ng tumpak na resulta.

Para saan pa ba ito kapaki-pakinabang?

Sa pagtatapos ng preprint, ang mga may-akda ay tradisyonal na nagbibigay ng isang listahan ng mga lugar kung saan maaaring maging kapaki-pakinabang ang bagong pag-unlad. Maaari naming ilista ang ilan sa mga ito: ang paglikha ng mga superposisyon na binubuo ng isang malaking bilang ng mga particle, ang pag-aaral ng mga topological na estado sa mga sistema ng spin. Partikular na napansin ng mga physicist na ang algorithm ay angkop para sa paglutas ng mga problema sa pag-optimize ng mga system na ang mga sukat ay malinaw na lumampas sa abot ng mga maginoo na computer. Kasama sa mga gawaing ito ang pagmomodelo ng mga reaksiyong kemikal at pagtuturo.

Ang system na nilikha ni Mikhail Lukin at ng kanyang mga kasamahan ay gumagana na ngayon bilang isang quantum simulator - ginagaya nito ang mga system na katulad ng sarili nito. Gayunpaman, ito ay nagkakahalaga ng noting na sa mga indibidwal na pares ng Rydberg atoms, physicists na pinamamahalaang upang lumikha ng lohikal na CNOT gate na ginamit upang lumikha ng gusot. Samakatuwid, maaari nating sabihin na ang ilang simpleng algorithm ay maaaring ipatupad sa bagong sistema (halimbawa, ang Deutsch algorithm, o ang Shor algorithm para sa napakaliit na numero). Gayunpaman, sa yugtong ito ang mga algorithm na ito ay hindi magiging kapaki-pakinabang.

Mikhail Lukin (kaliwa) at John Martinis (kanan) - pinuno ng pangkat na bumubuo ng 49-qubit na quantum computer sa Google

Russian Quantum Center

Sa isang kahulugan, ang bagong aparato ay may kakayahang lutasin ang mga problema na hindi naa-access sa mga klasikal na computer - hindi ito tumpak na ma-simulate ng mga maginoo na computer. Ngunit masyado pang maaga upang pag-usapan ang tungkol sa kapaki-pakinabang na quantum superiority, na magiging kapaki-pakinabang sa mga inilapat na problema. Maraming mga siyentipiko ang nagpapansin na ang karera para sa quantum supremacy ngayon ay hindi nagdadala ng anumang bagay na kapaki-pakinabang mula sa punto ng view ng mga inilapat na problema sa computing.

Kapansin-pansin na ang mga eksperimento na may mga atomo sa optical lattices na ilang taon na ang nakalilipas ay lumampas sa abot ng tumpak na pagmomodelo ng mga klasikal na computer. Gumagamit sila ng dose-dosenang magkakaugnay na mga particle. Halimbawa, sa kanilang tulong, ang quantum cooperative phenomena na nauugnay sa superfluidity at superconductivity. Quantum supremacy ba ito?

Vladimir Korolev

MOSCOW, Hulyo 14- RIA News. Ang mga siyentipikong Ruso at Amerikano na nagtatrabaho sa Harvard ay lumikha at sumubok sa unang quantum computer sa mundo, na binubuo ng 51 qubits. Ang aparato ay sa ngayon ang pinaka kumplikadong sistema ng computing ng uri nito, sabi ng propesor ng Harvard University at co-founder ng Russian Quantum Center (RCC) na si Mikhail Lukin.

Inihayag ito ng physicist habang naghahatid ng ulat sa International Conference on Quantum Technologies ICQT-2017, na gaganapin sa ilalim ng tangkilik ng RQC sa Moscow. Ang tagumpay na ito ay nagbigay-daan sa grupo ni Lukin na maging pinuno sa karera upang lumikha ng isang ganap na quantum computer, na hindi opisyal na nagaganap sa loob ng ilang taon sa pagitan ng ilang grupo ng mga nangungunang physicist sa mundo.

Ang mga quantum computer ay mga espesyal na computing device na ang kapangyarihan ay tumataas nang husto sa pamamagitan ng paggamit ng mga batas ng quantum mechanics upang gumana. Ang lahat ng naturang mga aparato ay binubuo ng mga qubits - mga cell ng memorya at sa parehong oras na primitive na mga module ng computing na may kakayahang mag-imbak ng isang spectrum ng mga halaga sa pagitan ng zero at isa.

Ngayon mayroong dalawang pangunahing diskarte sa pag-unlad ng naturang mga aparato - klasikal at adiabatic. Sinusubukan ng mga tagapagtaguyod ng una sa kanila na lumikha ng isang unibersal na quantum computer, ang mga qubit kung saan susundin ang parehong mga patakaran kung saan gumagana ang mga ordinaryong digital na aparato. Ang pagtatrabaho sa naturang computing device ay perpektong hindi naiiba sa paraan ng mga inhinyero at programmer na nagpapatakbo ng mga kumbensyonal na computer. Ang isang adiabatic na computer ay mas madaling lumikha, ngunit ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay mas malapit sa mga analog na computer noong unang bahagi ng ika-20 siglo, sa halip na sa mga modernong digital na aparato.

Noong nakaraang taon, ilang mga koponan ng mga siyentipiko at inhinyero mula sa USA, Australia at ilang mga bansa sa Europa ang nag-anunsyo na malapit na silang lumikha ng naturang makina. Ang nangunguna sa impormal na karera na ito ay itinuring na ang koponan ni John Martinis mula sa Google, na bumubuo ng isang hindi pangkaraniwang "hybrid" na bersyon ng isang unibersal na quantum computer, na pinagsasama ang mga elemento ng isang analog at digital na diskarte sa mga naturang kalkulasyon.

Nilampasan ni Lukin at ng kanyang mga kasamahan sa RCC at Harvard ang grupo ni Martinis, na, gaya ng sinabi ni Martinis sa RIA Novosti, ay nagtatrabaho na ngayon sa paglikha ng isang 22-qubit na computer gamit ang hindi superconductors, tulad ng mga siyentipiko mula sa Google, ngunit kakaibang "mga malamig na atomo."

Tulad ng natuklasan ng mga siyentipikong Ruso at Amerikano, ang isang hanay ng mga atomo na hawak sa loob ng mga espesyal na "cage" ng laser at pinalamig sa napakababang temperatura ay maaaring gamitin bilang mga qubit para sa isang quantum computer, na nagpapanatili ng matatag na operasyon sa ilalim ng medyo malawak na hanay ng mga kondisyon. Pinahintulutan nito ang mga physicist na lumikha ng pinakamalaking quantum computer, na binubuo ng 51 qubits.

Gamit ang isang hanay ng mga katulad na qubit, nalutas na ng koponan ni Lukin ang ilang mga pisikal na problema na napakahirap gayahin gamit ang "klasikal" na mga supercomputer. Halimbawa, nagawang kalkulahin ng mga siyentipikong Ruso at Amerikano kung paano kumikilos ang isang malaking ulap ng magkakaugnay na mga particle at natuklasan ang mga dating hindi kilalang epekto na nagaganap sa loob nito. Ito ay lumabas na kapag ang paggulo ay nabubulok, ang ilang mga uri ng mga oscillation ay maaaring manatili at mapanatili nang halos walang katiyakan sa system, na hindi pinaghihinalaang dati ng mga siyentipiko.

Upang mapatunayan ang mga resulta ng mga kalkulasyong ito, kinailangan ni Lukin at ng kanyang mga kasamahan na bumuo ng isang espesyal na algorithm na naging posible upang magsagawa ng mga katulad na kalkulasyon sa isang napaka-magaspang na anyo sa mga ordinaryong computer. Ang mga resulta ay karaniwang pare-pareho, na nagpapatunay na ang 51-qubit system ng mga siyentipiko ng Harvard ay gumagana sa pagsasanay.

Sa malapit na hinaharap, nilayon ng mga siyentipiko na ipagpatuloy ang mga eksperimento sa isang quantum computer. Hindi ibinukod ni Lukin na susubukan ng kanyang koponan na patakbuhin ang sikat na quantum algorithm ni Shor dito, na ginagawang posible na masira ang karamihan sa umiiral na mga sistema ng pag-encrypt batay sa RSA algorithm. Ayon kay Lukin, isang artikulo na may mga unang resulta ng isang quantum computer ay tinanggap na para sa publikasyon sa isa sa mga peer-reviewed na siyentipikong journal.

Ang koponan ni Mikhail Lukin ay lumikha ng isa sa pinakamakapangyarihang quantum computer noong 2017. Sa tulong ng isang scientist, inaalam ng RBC kung ano ang pamantayan para sa tagumpay sa quantum race at kung kailan aasahan ang quantum supremacy

Dalawampung taon na ang nakalilipas, ang mga quantum computer ay itinuturing na science fiction, ngunit sa lalong madaling panahon sila ay sorpresa sa amin ng hindi hihigit sa isang regular na PC. "Sa palagay ko, sa loob ng lima hanggang sampung taon imposibleng gawin nang walang mga teknolohiyang quantum sa maraming lugar ng aktibidad ng tao," sabi ng propesor ng Harvard na si Mikhail Lukin, na ang koponan ay lumikha ng isa sa pinakamakapangyarihang quantum computer noong 2017.

Umalis si Mikhail Lukin patungong Amerika mga isang-kapat ng isang siglo ang nakalipas. Noong 1993, isang nagtapos ng Faculty of Physical and Quantum Electronics ng MIPT ang inanyayahan na magtapos ng paaralan sa Texas A&M University ni Marlan Scully, isang sikat na mananaliksik sa mundo sa larangan ng quantum optics. Sa Texas noong 1998, ipinagtanggol ni Lukin ang kanyang disertasyon sa paggamit ng mga laser upang makontrol ang kapaligiran. Ngunit ginawa ni Mikhail Lukin ang kanyang pangunahing siyentipikong mga eksperimento sa susunod na dekada sa Harvard University. Dito siya naging propesor ng physics, pagkatapos ay co-director ng Harvard Center para sa Quantum Physics at ng Center for Ultracold Atoms.

"Napakasuwerte ko: Natagpuan ko ang aking sarili sa Harvard sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon. Isang ordinaryong postdoc (isang siyentipiko na kamakailan ay nakatanggap ng isang PhD degree, na halos tumutugma sa isang Ruso na kandidato ng mga agham. - RBC) ay dapat magtrabaho sa isang siyentipikong grupo at makisali sa ilang partikular na mataas na espesyalisadong proyekto. Mayroon akong ganap na kalayaan, "sinabi ni Lukin sa RBC magazine.

Sinabi ni Lukin na siya at ang kanyang mga kasamahan ay maraming beses na hiniling na magtrabaho para sa mga korporasyon na pumasok sa karera upang lumikha ng isang quantum computer, ngunit palagi siyang tumanggi: "Sasabihin ko na sa ngayon ang pinaka-malikhaing aktibidad sa lugar na ito ay nangyayari pa rin sa mga unibersidad. .”

Sa isang kapaligiran ng "pagtatrabaho ng pagpapahintulot" sa nakalipas na 16 na taon, ang siyentipiko at ang kanyang grupo ay nagsagawa ng mga eksperimento na nagpamangha sa siyentipikong mundo: tulad ng paghinto ng liwanag o paglikha ng mga photonic molecule - bagay na katulad ng mga lightsabers mula sa Star Wars - at mga kristal ng oras , mga istruktura, dati ay umiiral lamang sa teorya. Sa mga taong ito, inalagaan din niya ang ideya ng isang eksperimento sa quantum computing, na noong tag-araw ng 2017 ay naging tanyag si Lukin at ang kanyang laboratoryo sa buong mundo.

Quantum information science

Noong unang bahagi ng 1990s, walang sinuman ang nagseryoso sa ideya ng paglikha ng mga quantum computer kahit na sa siyentipikong komunidad, sabi ni Lukin: "Ngunit pagkatapos ay dalawa, kumbaga, ang mga rebolusyon ay nangyari nang sabay-sabay."

Noong 1994, ang American Peter Shor ay bumuo ng isang quantum factorization algorithm, na kalaunan ay pinangalanan sa kanya. "Ang pag-multiply ng dalawang prime number, kahit na napakalaki, ay madali, ngunit ang paghahanap kung aling mga prime factor ang naghahati sa isang malaking bilang ay isang napakahirap na gawain para sa isang computer. Pinagbabatayan ng factorization ang lahat ng modernong cryptography, "paliwanag ni Lukin.

Larawan: Larawan: Sasha Maslov para sa RBC

Ang mga regular na computer ay may kakayahang sirain ang mga modernong cryptographic system, ngunit kumukuha sila ng napakaraming mapagkukunan at oras na ang resulta ay walang silbi. Ang isang quantum computer ay magagawang lutasin ang mga naturang problema halos kaagad, at ang algorithm ni Shor ay naging unang patunay ng praktikal na kahulugan ng paglikha ng mga naturang device. "Pangalawa, sa parehong oras, ang mga pangunahing pagbabago ay naganap sa eksperimentong pisika: natutunan ng mga siyentipiko kung paano palamig nang mabuti ang mga atomo at ihiwalay ang mga indibidwal na particle," patuloy ni Lukin.

Sa parehong punto ng pagbabago para sa mga quantum computer, 1994, isang artikulong siyentipiko ang inilathala ng dalawang European physicist, sina Peter Zoller at Juan Ignacio Sirac, kung saan inilarawan nila ang isang quantum computer gamit ang isang ion trap. "Ang agham ng impormasyon ng quantum ay nasa simula pa lamang, ang ibang mga mananaliksik ay mayroon lamang mga abstract na ideya para sa mga quantum computer, walang sinuman ang seryosong nag-isip kung ito ay magagawa o hindi. Binago ng publikasyon ng Zoller at Sirak ang lahat: naging malinaw na posible na bumuo ng isang quantum computer, at kahit na ang isang partikular na panukala ay lumitaw kung paano, "paggunita ni Lukin.

Nakilala ni Mikhail ang mga may-akda ng artikulo noong unang bahagi ng 2000s: "Sila ay mga sikat na tao, at ako ay isang batang naghahangad na siyentipiko. Ngunit ito ay naging magkatulad ang aming mga ideya. Kami ay nagsanib-puwersa at sumulat ng isang serye ng mga artikulo kung saan ayon sa teorya ay inilarawan namin ang mga ideya na naging batayan ng aming praktikal na gawain ngayon.”

Noong 2000s, maraming mga grupong pang-agham ang nagsimulang magsagawa ng mga eksperimento sa mga superconductor - mga materyales na ganap na nawawalan ng paglaban sa kuryente sa mababang temperatura. Ang grupo ni Lukin, sa turn, ay nagpasya na subukang tumuon sa "mga malamig na atomo" - mga particle na pinalamig sa halos ganap na zero at inilagay sa mga optical traps na nilikha ng mga laser. Kung ang mga kinakailangang kondisyon ay natutugunan, maaari silang magamit bilang medyo matatag na mga quantum bits (qubits).

Si Lukin ay hindi nangahas na gumawa ng isang tunay na quantum computer noong kalagitnaan ng 2000s: ang proyekto ay tila masyadong mapanganib at may kakulangan ng teknolohikal na base. Sa loob ng ilang taon, ang kanyang grupo sa Harvard ay nag-aaral ng iba pang paraan ng paggawa ng mga qubit para sa isang quantum computer—halimbawa, mula sa mga impurities sa brilyante. Ang iba pang mga praktikal na proyekto ay lumitaw mula sa naturang pananaliksik: halimbawa, ang mga dating estudyante ng propesor ay naisip kung paano gumawa ng mga quantum sensor para sa gamot mula sa mga diamante.

Noong 2010s, ang quantum computing ay hindi na tinalakay ng eksklusibo sa mga laboratoryo ng mga sentro ng pananaliksik; ang malalaking kumpanya ng IT ay naging seryosong interesado dito.

Tunay na quantum

Ilang taon na ang nakalilipas, hindi lamang ang IBM, na matagal nang nag-aaral sa lugar na ito, kundi pati na rin ang Google, Intel at Microsoft, na hindi pa napansin dito, ay inihayag ang kanilang intensyon na bumuo ng mga gumaganang prototype ng mga quantum computer.
Kasabay nito, ang kumpanya ng Canada na D-Wave ay gumagawa at nagbebenta ng "mga tunay na quantum computer" mula noong 2011 - una na may kapasidad na 16, pagkatapos ay 28, at pagkatapos ng ilang taon - 512 qubits. Ngayon ang kumpanya ay nag-aalok na ng 2000-qubit na mga computer. Ang D-Wave ay may seryosong grupo ng mga mamimili: Google, NASA, Lockheed Martin, Volkswagen Group. Para sa mga hindi pa nakakaalam, maaaring mukhang dumating na ang quantum future - oo at hindi.

Ang D-Wave ay gumagawa ng tinatawag na adiabatic na mga computer - upang maunawaan ang kanilang mga pagkakaiba mula sa ganap na mga quantum computer, kailangan mong magbasa ng kahit isang maikling kurso sa quantum physics. Sa isang inilapat na kahulugan, ang pagkakaiba ay ang mga D-Wave na computer ay may kakayahang lutasin lamang ang isang napakakitid na hanay ng mga problema sa pag-optimize. Sa Google, halimbawa, pumili sila ng isang problema para sa D-Wave computer, na nalutas ng isang adiabatic na computer ng milyun-milyong beses na mas mabilis kaysa sa isang klasikal. Ngunit imposibleng makakuha ng tunay na benepisyo mula dito, at ang makina ay hindi nilayon upang malutas ang iba pang mga problema.
Ang pag-unlad sa larangan ng paglikha ng "tunay" na mga quantum computer ay mas katamtaman: hanggang kamakailan, ang kanilang kapangyarihan ay hindi lalampas sa 17-20 qubits, at sinabi ni Lukin na ilang taon na ang nakalilipas ay hindi siya naniniwala sa posibilidad na lumikha ng isang aparato na may higit pa. kapangyarihan. Ngunit noong tag-araw ng 2017, inihayag ng grupo ni Lukin ang paglikha ng isang gumaganang prototype ng isang 51-qubit quantum simulator, at literal pagkalipas ng isang buwan, inihayag ng grupo ni Propesor Christopher Monroe mula sa University of Maryland ang paglikha ng isang 53-qubit simulator. Ang mga device at ang mga resulta ng mga unang eksperimento na isinagawa sa mga ito ay inilarawan sa isang artikulo na inilathala sa journal Nature sa katapusan ng Nobyembre.

Ang mga atomo sa optical traps at superconductor ay ngayon ang dalawang teknolohiya para sa paglikha ng mga quantum computer na nangunguna sa lahat ng iba pang teknolohiya, sinabi ni Propesor Christopher Monroe sa RBC magazine. "Ang parehong mga diskarte ay nasa punto na ngayon kung saan mayroon kaming malinaw na pag-unawa sa kung paano bumuo ng medyo malalaking device at mga ideya kung paano palakihin ang mga ito," sabi niya. "Ang mga superconductor ay nagpakita ng mas mababang pagganap sa ngayon, ngunit dahil ang mga qubit ay naka-print sa isang chip, mas madali silang sukatin. Ang mga atom ay mas madaling gamitin dahil ang bawat atomic qubit ay magkapareho ayon sa kahulugan. Mayroong iba pang mga katulad na teknolohiya na nakakakuha sa amin, kabilang ang mga neutral na atomic qubit, na ginagawa ng grupo ni Mikhail Lukin."

Karera para sa mga qubit

Ang bilang ng mga qubit ay tila isang simple at prangka na sukatan ng tagumpay, ngunit sa quantum physics walang simple o prangka. Ang bilang ng mga qubit ay isa lamang sa tatlong "axes" kung saan itinayo ang isang quantum computer, paliwanag ni Propesor Lukin. Ang pangalawa ay ang pagkakaugnay-ugnay, ang kakayahan ng mga qubit na maging nasa estado ng superposisyon (tandaan ang pusa ni Schrödinger), upang maging parehong zero at isa sa parehong oras - ang buong teorya ng quantum computing ay batay sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ng quantum mechanics.

Tinutukoy ng kakayahang ito ang oras kung kailan maaaring gumana ang makina: kung mas mahaba ang oras ng pagkakaugnay, mas maraming mga kalkulasyon ang magagawa ng computer. "Kung mayroon kang isang milyong qubit, ngunit hindi ka makakagawa ng sapat na bilang ng mga operasyon sa mga ito, kung gayon hindi ka magkakaroon ng isang quantum computer. Halimbawa, sa mga D-Wave na computer, ang bawat isa sa mga paunang qubit ay may mababang pagkakaugnay na hindi malinaw kung mayroong mga katangian ng kabuuan doon o wala, "sabi ni Lukin.

Sa wakas, ang ikatlong "axis" ay ang antas ng programmability; inilalarawan nito kung gaano karaming mga problema ng iba't ibang uri ang maaaring malutas gamit ang isang quantum computer, patuloy ni Lukin. "Ang aming simulator ay may medyo mahusay na pagkakaugnay-ugnay at isang medyo malaking bilang ng mga qubit, ngunit ang iba pang mga sistema ay may lahat ng ito. Ang mahalaga ay nagawa naming gumawa ng system na may mataas na antas ng programmability," sabi niya.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang quantum simulator at isang general-purpose na quantum computer ay ang dating ay maaaring i-program upang gumanap lamang ng isang tiyak na uri ng gawain, ipinaliwanag ni Propesor Monroe: "Ngunit ang kagandahan ay ang simulator ay maaaring gawing isang pangkalahatang layunin na computer. sa hinaharap.” Totoo, hindi laging posible na gumuhit ng isang malinaw na linya sa pagitan nila, idinagdag ni Lukin.

"Ang isang quantum simulator na maaaring i-program sa anumang paraan ay nagiging unibersal. Lumalabas na ang linya sa pagitan ng isang computer at isang simulator ay napakalabo, at ngayon ay hindi malinaw kung maaari itong tukuyin sa lahat. Ngunit ito ay normal, tayo ngayon ay literal na nasa harapan ng agham, at ito ay nangyayari sa lahat ng mga bagong phenomena, "paliwanag ng siyentipiko.

Optimismo na walang ebidensya

Kahit na ang mga siyentipiko ay hindi pa nagsasagawa upang ibalangkas ang buong hanay ng mga gawain kung saan ang isang quantum computer ay magiging higit na mataas sa isang maginoo. "Ang algorithm ng Shor ay natatangi sa isang kahulugan, dahil ito ay isa sa ilang mga gawain tungkol sa kung saan alam natin na sigurado na ang isang quantum computer ay maaaring panghawakan ito nang mas mahusay kaysa sa isang maginoo, ito ay napatunayan na. Maraming iba pang napaka-promising na mga algorithm, kabilang ang para sa parehong combinatorial optimization, kung saan wala pang ebidensya," nagkibit-balikat si Lukin.

Larawan: Larawan: Sasha Maslov para sa RBC

Sa isang banda, ito ay ang algorithm ni Shor at ang hindi maiiwasang pag-hack ng quantum ng mga cryptographic information security system na umakit ng malaking halaga ng pera ng gobyerno sa lugar na ito. Ang nangunguna sa ganitong kahulugan ay ang China, na kamakailan ay nangako na mamuhunan ng $11.5 bilyon sa pagtatayo ng isang bagong quantum center. Sa kabilang banda, ang pag-decipher ng mga code ay magiging isang mahalaga, ngunit maliit na bahagi ng kung ano ang magagawa ng mga quantum computer, inaasahan ni Lukin. "Ang hindi ko gusto tungkol sa algorithm ni Shor ay ito ay pangunahing mapanira. Gayunpaman, sigurado ako na bago pa man ito maipatupad, ang isang quantum computer ay magkakaroon ng panahon upang magdala ng maraming benepisyo sa sangkatauhan," sabi niya.

Sa isang papel na inilathala sa journal Nature sa pagtatapos ng Nobyembre, iniulat ng mga siyentipiko na nakita nila ang pagbuo ng mga quantum crystals - isang materyal na maaaring magamit upang lumikha ng memorya ng quantum sa mga quantum computer. "Ang ginawa namin ay hindi maaaring direktang gayahin sa mga klasikal na computer; mula sa puntong ito, maaari naming sabihin na ang quantum superiority ay naipakita na," sabi ni Lukin. "Ito ay mahalaga para sa agham: naabot na natin ang limitasyon kung saan nagsimulang maging kapaki-pakinabang ang mga quantum computer."

Ito ay pinaniniwalaan na ang quantum supremacy ay makakamit kapag ang mga quantum computer ay maaaring humawak ng mga praktikal na problema nang mas mahusay kaysa sa mga klasikal na supercomputer. Ang kapangyarihan ng mga klasikal na computer ay patuloy na lumalaki, ngunit mayroong isang klase ng mga gawain na wala pa rin silang sapat na mapagkukunan upang makayanan, at hindi ito maaaring itama sa pamamagitan lamang ng pagtaas ng kanilang mga kakayahan sa pag-compute, paliwanag ni Lukin. Kabilang sa mga ito, halimbawa, ang mga problema sa kombinatoryal na pag-optimize na umiiral sa anumang larangan.

"Ang klasikong halimbawa ay ang problema sa paglalakbay sa tindero. Isipin natin na gustong i-optimize ng Aeroflot ang mga ruta ng paglipad upang gumastos ng mas kaunting gasolina at sa parehong oras ay sumasakop sa isang mas malaking teritoryo at gawing maginhawa ang mga flight para sa mga pasahero. Ang isang klasikal na computer ay hindi nakayanan nang maayos ang ganitong uri ng problema; ito ay masyadong kumplikado para dito, na may napakaraming posibleng mga sagot. Ang tanging magagawa niya ay subukan ang iba't ibang mga pagpipilian nang paisa-isa, ito ay tumatagal ng isang malaking halaga ng oras at nangangailangan ng maraming kapangyarihan, "paliwanag ni Lukin.

Ang isang quantum computer ay nagagawang dumaan sa mga pagpipiliang ito nang hindi sunud-sunod, ngunit sa parallel, na hindi kapani-paniwalang nagpapabilis sa proseso ng pagkalkula - literal na minuto sa halip na mga taon. Ang epektibong paglutas ng mga naturang problema ay napakahalaga para sa mga modernong larangan ng computer science, halimbawa, artificial intelligence o machine learning, dagdag ni Lukin.

Sa iba pang posibleng mga aplikasyon ng isang quantum computer, pinangalanan ng mga physicist ang pagmomodelo ng mga bagong materyales na may mga tinukoy na katangian at iba't ibang proseso ng kemikal. "Kahit na ang mga simpleng reaksiyong kemikal ay napakahirap gayahin sa mga klasikal na computer, dahil napakaraming opsyon para sa kanilang paglitaw," paliwanag ni Lukin. "Malamang na magagawa ito ng mga quantum computer." At ang pagtaas ng kahusayan ng ilang reaksiyong kemikal sa literal na ilang porsyento ay maaaring lumikha ng isang bagong industriya." Sumasang-ayon din si Monroe sa kanya: nakikita niya ang mga pangunahing prospect para sa quantum computing sa logistik, ang paglikha ng mga bagong materyales at gamot sa mga parmasyutiko, pati na rin sa iba't ibang uri ng pag-optimize.

Quantum Internet

Ang isa sa mga pangunahing problema na kailangang lutasin ng mga pisiko at inhinyero ay ang pag-scale ng mga quantum computer. "Ngayon ay hindi namin alam nang eksakto kung paano sukatin ang mga sistemang ito nang higit sa 1 libong qubit. Mayroong iba't ibang mga ideya, ang pinaka-promising sa kanila, sa palagay ko, ay ang ideya ng modular na arkitektura, "sabi ni Lukin. "Sa halip na magdagdag ng higit pa at higit pang mga qubit sa isang makina, lumikha kami ng isang network ng mga quantum computer. Ang bawat computer, na may lakas na ilang daang qubits, ay konektado sa isang bagay tulad ng isang "quantum internet." Maraming mga grupo ang kasalukuyang gumagawa ng mga katulad na konsepto, kabilang ang grupo ni Lukin, ngunit lahat ay nasa medyo maagang yugto.

Mayroong humigit-kumulang 30 katao na nagtatrabaho sa pangkat ng Harvard ni Mikhail, ngunit mas marami ang nagtatrabaho sa quantum simulator: ito ay nilikha sa pamamagitan ng magkasanib na pagsisikap ng tatlong siyentipikong laboratoryo. Sa kabuuan, ayon kay Lukin, mayroong halos sampung katulad na mga sentro sa mundo, kung saan ang mga pag-unlad ay nagaganap sa unahan ng mga teknolohiyang quantum. Karamihan sa kanila ay lumalayo na ngayon mula sa purong pisikal na mga eksperimento patungo sa mga praktikal na pag-unlad, at ang papel ng mga korporasyon ay lalong lumalaki. "Bilang karagdagan sa purong agham, kailangan na nating lutasin ang mga problema sa engineering na malinaw na matukoy, at ito ay ginagawa nang mas mabilis at mas mahusay sa mga kumpanya kaysa sa mga unibersidad," sabi ni Lukin. "Alam na namin kung paano bumuo ng isang sapat na malaking quantum computer, ngayon kailangan naming tiyakin na ang sistema ay gumagana hindi sa antas ng "isang nagtapos na mag-aaral lamang ang makakaalam nito," ngunit sa antas ng "halika, i-on ito , Gumagana siya." Ito ay kung saan ang mga pribadong kumpanya ay napakalakas, pati na rin ang paghahanap ng mga praktikal na aplikasyon.

Sa susunod na limang taon, maraming gumaganang quantum machine ang malilikha, sigurado si Monroe. At sa loob ng sampung taon magkakaroon ng isang ganap na quantum computer, na na-program ng mga taong hindi alam at hindi partikular na nagmamalasakit sa kung paano ito gumagana sa loob, naniniwala siya: "Iyan ay kung kailan magsisimula ang paghahanap para sa mga tunay na praktikal na aplikasyon nito." Ngayon ang mga unibersal na quantum computer na may ilang sampu-sampung qubit ay maaari lamang gumana sa mga artipisyal na nilikhang algorithm, nagpapatuloy si Monroe: "At hindi ito kawili-wili, dahil ang isang maliit na sistema ay madaling ma-simulate sa isang regular na computer."

Ang mga quantum computer ay nasa parehong yugto kung saan ang mga unang klasikal na computer ay nasa kanilang panahon, sabi ni Lukin: "Si Peter Shor mismo ay madalas na nagsasalita tungkol dito: pagkatapos ay mayroon ding ilang mga ideya tungkol sa mga algorithm na, marahil, ay gagana nang epektibo, at marahil ay hindi" . Nang ang mga unang klasikal na computer ay naging tunay na mga aparato, sinimulan ng mga siyentipiko at inhinyero na subukan ang mga algorithm na ito sa kanila, at marami sa mga ito ay naging napaka-epektibo, sabi ni Lukin: "Sa tingin ko ay ganoon din ang mangyayari sa mga quantum algorithm."

Magiging karaniwan ba ang isang quantum computer bilang isang device gaya ng naging isang regular na PC? Bagama't walang nakakaalam nito, ang lahat ay nakasalalay sa mga partikular na halimbawa at aplikasyon na maaaring maging bahagi ng ating buhay, sagot ni Mikhail Lukin. "Sino ang mag-aakala kahit na 20 taon na ang nakalipas na ito ay magiging isang tunay na computer," pagtatapos niya, na itinuro ang cell phone sa harap niya.