Мировая научная общественность всё чаще обращает внимание на успехи в области квантовых вычислений, и очередной революционный шаг сделали ученые из Национального университета Цин Хуа (NTHU, Тайвань). Команда исследователей под руководством профессора Чу Чжисона презентовала уникальный квантовый компьютер, по своим размерам не превышающий обычный системный блок настольного ПК. Отличительной особенностью разработки стало то, что для вычислений здесь применён единственный фотон — крошечная частица света, выступающая квантовым носителем информации. Никогда раньше вычислительная платформа такого класса не отличалась столь малым размером и энергоэффективностью, открывая перед человечеством новые горизонты практического применения квантовой техники.
Миниатюризация в действии: один фотон — множество возможностей
Использование одиночного фотона вместо громоздких массивов сверхпроводящих кубитов стало настоящим технологическим прорывом. Такая квантовая система способна выполнять математические операции, основанные на алгоритме Шора. Разработанный математиком Питером Шором, этот алгоритм позволяет проводить быструю факторизацию целых чисел — задачу, ещё несколько десятилетий назад считавшуюся практически невыполнимой для классических компьютеров. В новом устройстве NTHU удалось реализовать кодирование информации в 32 различных временных интервалах, что позволяет использовать один многомерный фотон как носитель многократных квантовых состояний. Это не только инновационно, но и крайне перспективно для будущих систем защиты и передачи данных.
Главнейшее преимущество фотонных квантовых систем — их способность функционировать при обычной (комнатной) температуре. Для сравнения, большинство традиционных квантовых платформ требуют чрезвычайно низких температур, близких к абсолютному нулю (около -273°C), и сложнейших систем охлаждения. Такие требования существенно усложняют построение и эксплуатацию вычислительных машин и приводят к огромным затратам энергии. Фотонная платформа NTHU, напротив, позволяет отказаться от сложнейших криогенных установок и впечатляет своей энергоэффективностью.
Глобальная гонка: фотоны, электроны, ионы — выбор технологий
Сегодня ведущие научные коллективы мира разрабатывают и испытывают различные типы квантовых битов (кубитов) — физических систем, способных эффективно передавать и хранить квантовую информацию. Кто-то, как команда Чу Чжисона из NTHU, делает ставку на фотоны, другие опираются на электроны, ионы либо даже колебания отдельных атомов в сверхпроводниковых цепях. Каждый из подходов обладает своими преимуществами и уникальными особенностями.
Не так давно корпорация IBM объявила о выпуске уникального чипа, содержащего тысячу квантовых битов, а китайская компания QuantumCTek поставила новый рекорд, создав 504-кубитный квантовый процессор. Подобные достижения свидетельствуют о беспрецедентных темпах развития отрасли и скором наступлении эры повсеместного внедрения квантовых вычислений в сфере науки, бизнеса, медицины и централизованных государственных сервисов. Одновременно мир продолжает наблюдать пристальное внимание к вопросам информационной безопасности: именно квантовые компьютеры способны поставить под сомнение современные криптографические протоколы, открывая путь к надежным квантовым коммуникациям нового поколения.
Алгоритм Шора от теории к практике — что это меняет?
В 1994 году математик Питер Шор опубликовал знаменитый алгоритм, доказав, что мощный квантовый компьютер сможет «ломать» шифрование с открытым ключом (RSA), использующееся по всему миру. С появлением работоспособных и масштабируемых квантовых компьютеров этот алгоритм становится не просто математической абстракцией, а практической угрозой и новым инструментом для фундаментальной науки, бизнес-приложений и защиты данных. Новый фотонный квантовый компьютер NTHU — первый убедительный шаг на пути создания компактных, эффективных и доступных устройств для подобных вычислений.
Эксперты уверены: квантовые вычисления сулят невиданные ранее возможности в моделировании сложнейших физических процессов, анализе больших данных, медицинской диагностике. Внедрение алгоритма Шора и дальнейшее расширение квантовых вычислений позволит на порядки ускорить научные исследования, осуществлять мгновенный анализ сложных задач и оптимизации в реальном времени.
Российские достижения в квантовой индустрии: уверенный рывок
Российские учреждения, в том числе МФТИ, МИСиС и исследовательские группы при участии компании «Росатом», регулярно заявляют о новых успехах. Так, совсем недавно специалисты МФТИ осуществили запуск первого российского 12-кубитного процессора. Это важнейшее достижение позволило России войти в число стран, обладающих собственными квантовыми платформами.
К февралю 2024 года специалисты «Росатома» уже демонстрировали 20-кубитный квантовый компьютер на ионной платформе и 25-кубитный — на атомной. По словам разработчиков, качество операций особенно высоко именно на ионной платформе, что открывает широкие перспективы применения для критически важных расчетов. Национальный исследовательский университет МИСиС еще в 2019 году разработал дорожную карту по развитию отечественных квантовых технологий, а инвестиции в этот инновационный сектор уже достигли десятков миллиардов рублей.
Перспективы: оптимистичный взгляд в завтра
Огромные успехи, такие как прорывная разработка команды Чу Чжисона в NTHU, запуск процессоров МФТИ, инвестиции в развитие в МИСиС и «Росатоме», свидетельствуют о том, что будущее квантовых технологий наступает уже сегодня. Мир стоит на пороге новой технологической эры — доступные, компактные и быстрые квантовые компьютеры изменят способ решения самых сложных научных и инженерных задач.
Прогресс не только вдохновляет ученых, но и наполняет оптимизмом все общество, ведь квантовая революция сулит небывалое развитие экономики, медицины, коммуникаций. Благодаря объединению усилий лучших умов мира — от NTHU и Чу Чжисона до Питера Шора, IBM, QuantumCTek, МФТИ, Росатома и МИСиС — можно с уверенностью сказать: передовые квантовые технологии станут важнейшим инструментом для построения безопасного, умного и эффективного будущего!
Источник: biz.cnews.ru