Квантовый дайджест. Апрель 2023

Национальная квантовая лаборатория ежемесячно размещает дайджест топ-публикаций об исследованиях и открытиях в области квантовых технологий. Выпуск от апреля 2023 года посвящен следующим темам:

— Учёные Российского квантового центра и Сбербанка опровергли скорый квантовый взлом алгоритма RSA. Тем не менее, важно понимать, что появление новых классических и квантовых алгоритмов криптоанализа является важным аргументом на пути к внедрению постквантовой криптографии.

— Семилетняя программа Министерства обороны Канады Quantum 2030 включает планы разработки квантово-усиленных радаров и лидаров, сетей с квантовым распределением ключа и квантовых алгоритмов для решения различных задач обороны и безопасности. Программа станет составной частью Национальной квантовой стратегии Канады, утверждённой в январе 2023 года.

— США утвердили новую национальную стратегию кибербезопасности, которая призвана обеспечить устойчивость и безопасное функционирование цифровой инфраструктуры США перед лицом будущих вызовов.

— Новый европейский проект OpenSuperQPlus нацелен на создание 1000-кубитного квантового компьютера. Он объединит 28 исследовательских организаций из Германии, Франции, Нидерландов, Финляндии, Венгрии, Швеции, Австрии, Испании, Эстонии и Израиля. Координатором проекта стал университет Юлиха (Германия).

— Великобритания разрабатывает национальную квантовую программу с бюджетом 2,5 млрд. фунтов. Правительство страны надеется, что новая инициатива поможет Великобритании составить конкуренцию стремительно развивающейся квантовой индустрии США и Китая.

— В Индии запущена первая сеть с квантовым шифрованием. Для проверки надёжности системы министр связи Индии объявил хакатон, в котором «белым хакерам» предлагается найти уязвимости в квантовой сети. За каждую успешную попытку взлома объявлена награда в 10 млн рупий (около миллиона рублей).

— Cisco объявила об открытии в Калифорнии крупного исследовательского центра в области квантовых технологий, оптики и фотоники. Ближайшей задачей центра станет разработка коммерческих решений в области квантовых сетей и кибербезопасности. В перспективе компания намерена сотрудничать с университетами и национальными лабораториями в создании глобального квантового интернета.

— Amazon запустил в Сингапуре первую квантово-защищённую сеть с квантовым распределением ключа общей протяжённостью 16 км. свяжет Сингапурский центр квантовых технологий и компании Horizon Quantum Computing и Fortinet.

— NVIDIA представила систему DGX Quantum для гибридных квантовоклассических вычислений, что позволяет создавать ресурсоёмкие приложения, сочетающие квантовые вычисления с современными классическими вычислениями.

— Дочерняя компания производителя сверхпроводниковой электроники Hypres SEEQC разработала криогенный управляющий чип для сверхпроводниковых процессоров. Перенос управляющей электроники непосредственно в криостат, где расположены кубиты, позволит избавиться от огромного количества электрических кабелей и упростит масштабирование схемы.

— Американская компания Quantum Generative Materials (GenMat) представила первый релиз своего программного пакета ZENO. ZENO основан на квантовых генеративных нейросетях, и способен предсказывать свойства новых и существующих материалов за время экспоненциально более быстрое, чем классические нейросети.

— Компания QC Ware, специализирующаяся на квантовом программном обеспечении, сообщила о результатах совместного исследовательского проекта с Roche Pharma Research и INRIA CNRS — ведущими биотехнологическими компаниями. Результаты показали, что квантовые алгоритмы машинного обучения оказались заметно эффективнее классических при анализе изображений с высоким разрешением в задаче анализа медицинских изображений сетчатки глаза для выявления диабетической ретинопатии и определения её типа.

— JP Morgan Chase использует квантовые алгоритмы для глубокого хеджирования рисков. Исследование доказало, что квантовая нейронная сеть в может обучаться с меньшим количеством параметров, а точность моделей улучшается по сравнению с эквивалентным классическим подходом.

— Портал Quantum Computing Report отметил несколько докладов, представленных на конференции Американского физического общества APS March Meeting 2003.

— Ошибки логических кубитов впервые научились исправлять быстрее времени их декогеренции. Физики использовали высококогерентные сверхпроводниковые кубиты-трансмоны из тантала. Их большое время когерентности и разработанные методы кодировки, измерения и обработки позволили скорректировать ошибки логических кубитов в 1,16 и в 2,27 раз быстрее времени жизни кубита.

— Физики из Национального центра в Хэфее, Аргоннской национальной лаборатории и нескольких китайских и американских университетов продемонстрировали запутывание кубитов-трансмонов, расположенных на 5 различных модулях и соединенных между собой коаксиальными алюминиевыми кабелями.

— Магнитные квазикристаллы исследованы с помощью кубитов. Оказалось, что во внешних магнитных полях кубиты в такой системе имеют большое количество стабильных подуровней, что сулит существенный выигрыш в сравнении с обычными кубитными системами.

— Локализованные в углеродных нанотрубках электроны предложено использовать в роли кубитов.

— Учёные из Аргоннской лаборатории изменили атомную структуру углеродных нанотрубок химическим путем так, чтобы вращающийся электрон вынужден был оставаться в локализованном состоянии. Результаты тестов показали рекордное время когерентности по сравнению со спиновыми системами, созданными другими методами — 8,2 микросекунды.

— Запутанность в двухфотонных смешанных состояниях измерили по одному фотону из пары. Результаты исследования доказал, что, как и в случае с чистыми состояниями, томография смешанных состояний может быть выполнена с использованием только одного фотона.

— Ридберговские атомы превратили фотоны радиодиапазона в оптические. Эти объекты хорошо подходят для такой цели, поскольку в ридберговских атомах есть все необходимые резонансы: возбуждение из основного состояния на уровень с большим значением главного квантового числа требует оптических фотонов, а переходы между высоколежащими состояниями — радиоволн.

— Оценены вычислительные ресурсы для моделирования химических катализаторов. Оказалось, что, в периодическом твёрдом теле для оценки энергии основного состояния молекул с гамильтонианом, содержащим 200-900 орбиталей, требуется до 300 миллионов физических кубитов при их физической погрешности 0,1%.

— Оптимизация связей между финансовыми организациями поможет победить системные риски. Квантовый оптимизационный алгоритм позволил идеально настроить взаимодействие между банками и создать модель разветвлённой финансовой сети, устойчивой к внешним рискам.

— Большая группа авторов из Китая, США и Японии подготовила детальный обзор, описывающий принципы работы, статус и перспективы всех распространённых физических платформ, используемых для создания современных «шумных» квантовых компьютеров (NISQ). Приводится также описание основных квантовых алгоритмов и перспектив практического применения квантовых вычислений. Обзор написан доступным языком и предназначен для широкой аудитории


Подробнее читайте в дайджесте Национальной квантовой лаборатории по ссылке.