2021 год подходит к концу; давайте посмотрим на последние достижения в области квантовых вычислений.
Если вы похожи на меня, вы бы видели, как эти два слова появлялись почти везде в последнее десятилетие Квантовые вычисления. Они появлялись в Фильмах, телепередачах, статьях и заголовках новостей. Это одна из самых захватывающих новых технологий 21-го века, хотя, кажется, есть две точки зрения на эту тему. Некоторые считают, что квантовые вычисления обладают» потенциалом для революционного преобразования вычислений, делая определенные типы классически неразрешимых проблем решаемыми», а другая сторона считает, что все это просто шумиха, которая выдохнется и, вероятно, не исчезнет. сделать это мимо академических исследований. Мы углубимся в последние достижения за последние двенадцать месяцев в мире квантовых вычислений и позволим вам самим решить, каким, по вашему мнению, является будущее квантовых вычислений.
Общая схема
- Краткий обзор квантовых вычислений
- Сделка Honeywell Quantum и Cambridge Quantum
- IBM
- Китайский двухмерный квантовый компьютер с 66 кубитами
- Квантовые технологии Ксанаду
- Расширяющееся облако Quantum как услуга
- Заключение
Краткое изложение квантовых вычислений
Что такое квантовые вычисления?
Традиционные компьютеры состоят из миллиардов транзисторов, которые включаются и выключаются для представления значения, такого как «1» или «0». Этот метод позволяет традиционному компьютеру хранить и обрабатывать данные в двоичном формате (известном как «биты»). С другой стороны, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты для обработки данных. Кубиты могут быть созданы многими альтернативными способами, такими как использование сверхпроводящих электронных схем, захват ионизированных атомов или сжатие света, то есть (фотонные квантовые вычисления).
В соответствии с законами квантовой механики кубиты могут находиться более чем в одном состоянии — или в «суперпозиции» — в один и тот же момент времени.
Это свойство позволяет кубитам одновременно иметь значение 1 или 0 или оба этих числа, что позволяет квантовым компьютерам обрабатывать чрезвычайно большее количество возможностей данных, чем это было бы возможно с традиционным компьютером.
Пары кубитов также могут запутаться; это означает, что состояние одного кубита может быть привязано к состоянию другого, что можно использовать для ускорения расчетов квантовых вычислений. Действительно, используя «суперпозицию» и «запутанность», квантовые компьютеры могут иметь вычислительное преимущество, которое можно использовать для решения некоторых математических задач, таких как сложная оптимизация логистики и квантовое молекулярное моделирование, которые невозможно выполнить с помощью традиционных компьютеров.
Сделка Honeywell Quantum и Cambridge Quantum
На переднем крае аппаратного или программного обеспечения Quantum наблюдается растущий темп инноваций; также начинают происходить слияния и поглощения, что является явным признаком зрелости отрасли. Например, в июне 2021 года Honeywell Quantum Solutions объявила, что объединится с Cambridge Quantum computing; это было важно, потому что Honeywell, возможно, является самым значительным игроком в области квантовых вычислений Honeywell. В 2021 году IBM заявила, что обладает самым высокопроизводительным квантовым компьютером в мире, поэтому слияние с Cambridge Quantum Computing, еще одним пионером в области квантовых вычислений, стало значительным шагом в мире квантовых вычислений.
IBM
IBM всегда была в авангарде новых технологий, и квантовые вычисления ничем не отличаются, всегда стоит следить за IBM; теперь компания предоставляет доступ к парку квантовых компьютеров и предлагает систему на одном оборудовании для избранных клиентов, которым нужен собственный квантовый компьютер на месте. В сентябре 2020 года IBM также опубликовала свою дорожную карту оборудования, в которой указано, как она рассчитывает масштабировать свои нынешние 27- и 65-кубовые квантовые процессоры до моделей с более чем 1000 кубитами к середине десятилетия и до миллиона к 2030 году.
В феврале 2021 года IBM также опубликовала свою дорожную карту по созданию открытой экосистемы квантовых вычислений. Это делается в надежде на то, что работа с сообществом открытого исходного кода и другими пионерами, включая ранее упомянутую Cambridge Quantum Computing, позволит сделать квантовое оборудование легко приемлемым для традиционных программистов. Как разъяснила IBM о своем плане беспрепятственного квантового развития в будущем,
«Глядя на 2025 год и далее, мы думаем, что наша мечта о квантовых вычислениях без трения станет реальностью, когда аппаратное обеспечение больше не будет беспокоить пользователей или разработчиков. К тому времени мы предполагаем, что разработчики будут полагаться на наше передовое оборудование с облачным API и будут включать квантовые вычисления в качестве естественного компонента своих существующих вычислительных конвейеров». «Мы надеемся, что к 2030 году компании и пользователи будут запускать миллиарды, если не триллионы квантовых схем в день, возможно, даже не осознавая этого».
В мае 2021 года IBM продемонстрировала, как она идет в ногу со своими дорожными картами квантовых вычислений, выпустив свое новое программное обеспечение среды выполнения Qiskit, Qiskit — это платформа разработки программного обеспечения IBM Quantum, а новый вариант среды выполнения выполняется в облаке IBM, а не на компьютере пользователя и в близость к квантовому оборудованию, которым он управляет. Это ускоряет связь между классическими компьютерами, которые создают и интерпретируют квантовые схемы и квантовые алгоритмы, и квантовыми компьютерами, которые их выполняют. Некоторым квантовым программам требуются тысячи или миллионы взаимодействий между квантовым и классическим оборудованием, что снижает задержку классической системы до квантовой. IBM впоследствии продемонстрировала, как среда выполнения Qiskit может ускорить квантовые рабочие нагрузки в 120 раз, в частности, процесс моделирования молекулы гидрида лития был сокращен с 45 дней до 9 часов.
Китайский 2D-квантовый компьютер с 66 кубитами
По состоянию на август 2021 года самый мощный компьютер IBM имел сверхпроводящий процессор на 65 кубитов под названием hummingbird; однако в июне 2021 года группа из Университета науки и технологий Китая сообщила, что они построили сверхпроводящий процессор на 66 кубитов под названием Zuchongzhi.
В октябре 2019 года команда UST of China сообщила, что образцы тестов моделирования, выполненные на Zuchongzhi, были в два-три раза быстрее, чем аналогичные тесты, выполненные на квантовом процессоре Google sycamore. Это было важно, потому что, когда Google объявил о своих выводах, он заявил, что достиг квантового превосходства или выполнил задачу на квантовом компьютере, которую нельзя было выполнить за разумное время на классическом компьютере.
Заявление Google о квантовом превосходстве было быстро оспорено IBM, не в последнюю очередь потому, что квантовое превосходство изначально характеризовалось как обстоятельство, при котором квантовый компьютер делает то, что классический компьютер не может. В этом свете стоит упомянуть, что тесты Zuchongzhi заняли около 1,2 часа по сравнению с примерно восемью годами на самом мощном в мире суперкомпьютере. Команда Zuchongzhi завершила свое выступление, объявив о своих достижениях.
Наши работы установили однозначное преимущество квантовых вычислений.
Ксанаду Квантовые технологии
IBM, Google и китайский UST разработали квантовые процессоры, основанные на использовании сверхпроводящих кубитов, которые должны быть переохлаждены почти до абсолютного нуля. Это накладывает серьезные ограничения на их будущее развитие, но альтернативные технологии квантовых вычислений, особенно основанные на фотонных кубитах, добились огромного прогресса за последние 12 месяцев. Например, канадский стартап Xanadu в сентябре 2020 года запустил службу квантовых вычислений на основе своих фотонных квантовых процессоров. Они, как и традиционные микропроцессоры, функционируют в основном за счет температуры и также сделаны из кремния.
Квантовые чипы Xanadu называются чипами серии X и состоят в основном из трех основных модулей, а именно: сжимателей (вход в компьютер), интерферометра (логические вентили) и фотонных детекторов (выход измерения). Чипы Xanadu серии X предназначены специально для решения сложных задач в области теории графов, имеющих отношение к финансам, химии и логистике, и доступны в облаке Xanadu Quantum. Нажмите здесь, чтобы получить более подробное объяснение того, как работают чипы Xanadu Quantum.
В мае 2021 года Xanadu привлек дополнительные 100 миллионов долларов финансирования, а в июле 2021 года он также получил грант DARPA для дальнейшего продвижения своей работы. Xanadu также разработала квантовую нейронную сеть под названием Penny lane, используемую для квантового машинного обучения, и другую, названную клубничными полями, кроссплатформенную библиотеку Python для выполнения фотонных квантовых алгоритмов непосредственно на квантовом оборудовании Xanadu следующего поколения. У него были встроенные инструменты для моделирования, компиляции и отправки заданий на постоянно растущий спектр квантовых фотонных процессоров. Другие пионеры, работающие над фотонными квантовыми компьютерами, включают PSI Quantum, которая поставила перед собой цель построить один миллион фотонных квантовых компьютеров. В мае 2021 года компания объявила о развитии мощностей по производству кремниевых фотонных чипов; вместе со своим партнером-производителем Globalfoundries (GF) компания разрабатывает свою систему Q1: интегрированную квантовую систему на основе кремниевой фотоники. В июле 2021 года PsiQuantum также закрыла раунд финансирования на 450 миллионов долларов раунд, поэтому кажется, что интерес к разработке квантовых компьютеров, обрабатывающих данные с помощью света, быстро растет.
Расширяющееся облако Quantum как услуга
Одним из основных факторов, способствующих развитию квантовых вычислений, является доступность квантового оборудования, к которому можно получить доступ через Интернет из облака. В мае 2016 года IBM стала первой компанией, которая сделала компьютеры Quantum доступными через Интернет, и в настоящее время IBM предоставляет онлайн-оборудование для двадцати различных систем Quantum. Кроме того, другие пионеры предоставили «Qcaas», включая квантовые схемы Alibaba, Google, Rigetti, Xanadu, Oxford, системы D-wave, которые предлагают облачную платформу Quantum под названием LEAP, а также Amazon и Microsoft. Веб-сервисы Microsoft Azure Quantum и Amazon Braket Quantum работают, упрощая доступ к оборудованию Online Quantum, предоставляемому их Партнерами. В растущем сообществе квантовых вычислений и на зарождающемся рынке было много партнерских отношений и сотрудничества, и для растущей отрасли позитивно видеть, что в настоящее время знания, опыт и оборудование широко используются членами экосистемы квантовых вычислений. .
Заключение
Теперь действительно ясно, что квантовые вычисления продолжают развиваться, и за последние пять лет мы наблюдаем очень значительный прогресс, который позволяет предположить, что в конце 2020-х годов квантовые вычисления могут стать коммерческой реальностью. Это не означает, что квантовые компьютеры заменят традиционные; вместо этого они будут использоваться в сочетании с классическим оборудованием, и это будущее стоит того, чтобы с нетерпением ждать его.
Дополнительные ресурсы
Некоторые важные события в области квантовых вычислений не были освещены в этой статье, чтобы она не была слишком длинной. Вы можете проверить эту статью, чтобы увидеть некоторые из событий, не упомянутых выше. Кроме того, чтобы увидеть, как вы можете напрямую применять квантовое машинное обучение в своих проектах. Посмотрите это фантастическое видео от Jordan Harrod.
Использованная литература:
Различные источники, которые были цитатами, были использованы при разработке этой статьи и перечислены ниже для вашего дальнейшего исследования.
