IBM создала первый «персональный» квантовый компьютер
IBM Q System One
Корпорация IBM представила Q System One — компактный модульный персональный квантовый компьютер. Его в компании называют «первой в мире интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой для научного и коммерческого применения».
Анонсированная на международной выставке потребительской электроники CES 2019 система представляет собой 20-кубитное вычислительное устройство четвертого поколения. Его заключили в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м. Он выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. Помимо квантового процессора в корпусе Q System One расположили различные управляющие модули и систему охлаждения.
Engadget сообщает, что выбор материала корпуса инженеры обосновали простотой поддержания необходимой для функционирования устройства температуры. Это порядка 10 милликельвинов, то есть достаточно близко к абсолютному нулю. Сама конструкция корпуса позволяет предохранять компоненты квантового компьютера от нежелательных вибраций. Они способны привести к возникновению вычислительных ошибок в процессе его работы.
Персональный квантовый компьютер
«Объединение всего этого в первый интегрированный персональный квантовый компьютер общего назначения является знаковым моментом для IBM, учитывая ее историю», — цитата Дарио Джила (Dario Gil), главного операционного директора IBM Research.
Он противопоставляет новинку лабораторным образцам квантовых вычислительных систем прошлых лет, которые порой занимали целые комнаты.
Несмотря на относительную компактность новинки, продемонстрировать полноразмерный работающий прототип в IBM не отважились. Вместо него корпорация представила уменьшенную до 2,25 м версию Q System One с отсутствующей задней панелью. За ней в устройстве скрываются модули охлаждения, питания и управления. А также устройство показали без защитного «колпака». Под ним прячется собственно квантовый компьютер. Это сделано намеренно, чтобы познакомить посетителей выставки с устройством изнутри.
Вице-президент IBM Research Боб Сатор (Bob Sutor) рассказал, что у IBM есть «полностью работоспособный» прототип Q System One в Йорктаун Хайтс (Нью-Йорк, США). Устройство уже применяют при проведении экспериментов.
В планах корпорации открытие центра квантовых вычислений в Покипси (Нью-Йорк, США) для работы над усовершенствованной версией Q System One. Создатели еще не решили, подвергнут ли переработке йорктаунский прототип или изделие будут собирать «с нуля».
Квантовые компьютеры
В отличие от классических вычислительных машин, квантовые компьютеры оперируют не битами, а кубитами. Которые могут находиться не только в состояниях «1» и «0», но и их суперпозиции. При разработке квантовых вычислительных устройств ученые стараются ввести кубиты в состояние квантовой запутанности. Более простыми словами: изменение одного кубита всегда влияет на состояние связанных с ним соседей. Благодаря этому квантовые компьютеры потенциально способны демонстрировать высочайшую производительность в вычислениях.
Важной вехой для квантовых технологий считается достижение так называемого квантового превосходства (Quantum supremacy). То есть способности производить вычисления быстрее классических систем.
Главной проблемой квантовых технологий на текущем этапе развития является возникновение в процессе работы большого количество ошибок. Которые нуждаются в коррекции.
Эксперты считают квантовые технологии весьма перспективными. Они вызывают интерес у крупнейших игроков рынка вычислительной техники. Например, в январе 2018 года компания Intel представила свой 49-кубитный процессор Tangle Lake. До этого ученые из Мэрилендского университета в Колледж-Парке на базе симулятора создали 53-кубитный квантовый компьютер на иттербиевых ионах «первого в мире коммерческого квантового компьютера» IBM Q. Доступ к нему возможен через облачный сервис IBM Cloud. Проект развивают на базе облачной вычислительной платформы IBM Quantum Experience.
Где применяют квантовые вычисления
IBM применяет квантовые вычисления для решения задач моделирования в химии. Потому что классические компьютеры не способны смоделировать квантовые состояния даже простой молекулы из-за большого количества данных. В перспективе компания планирует заняться моделированием сложных молекул и высокоточным предсказанием химических свойств.
В перспективе такие вычисления можно будет использовать при создании новых медикаментов. Так как с их помощью можно моделировать сложные молекулярные и химические реакции.
Также они найдут применение в глобальной логистике. Там квантовые вычисления помогут в построении каналов поставок в наиболее загруженные периоды времени.
В сфере инвестиций квантовые инструменты применимы для моделирования финансовых данных и ликвидации факторов риска в процессе инвестиций. Кроме того, они дадут возможность обрабатывать колоссальные объемы данных с помощью искусственного интеллекта. Что пригодится при поиске изображений или видео.
Также квантовые алгоритмы смогут повысить безопасность облачных вычислений и конфиденциальной информации за счет законов квантовой физики.
IBM Q
Содержание
Самый мощный коммерческий квантовый компьютер IBM стал втрое быстрее
18 сентября 2019 года IBM анонсировала обновление своего самого мощного коммерческого квантового компьютера. Он стал быстрее почти втрое: вместо менее 20 кубитов он обладает 53-мя.
Кроме того, компания улучшила конструктивную часть чипов и обновила электронику, чтобы уменьшить вероятность ошибок в данных.
Вычислительная мощность 53-кубитовой системы будет доступна клиентам с середины октября 2019 года. Она является частью нового квантового вычислительного центра IBM в Нью-Йорке. Там также будут расположены пять компьютеров с 20-кубитным квантовым чипом, а к ноябрю 2019 года их количество увеличится до 14 штук. В IBM обещают 95% доступность своих квантовых машин и удвоенную производительность по сравнению с прежними 20-кубитными решениями, созданными в 2018 году.
К 18 сентября 2019 года ресурсами квантовых компьютеров IBM пользуются около 80 компаний (среди них — JP Morgan Chase) и исследовательских институтов. К этому времени оборудование было использовано для более чем 14 млн экспериментов в различных областях: от работы с химическим составом аккумуляторов до рынка опционов.
Что касается конкурентов, то у Google уже есть 72-кубитное устройство, но она не позволяет посторонним запускать на нем программы. Другие компании, разрабатывающие квантовые компьютеры, такие как Rigetti Computing и канадская D-Wave, также запустили свои облачные сервисы. [1]
Примечания
«Персональный» квантовый компьютер Q System One
8 января 2019 года стало известно, что корпорация IBM представила Q System One – компактный модульный квантовый компьютер, который сами представители компании окрестили «интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой, разработанной для научного и коммерческого применения». Система представляет собой 20-кубитное вычислительное устройство четвертого поколения, заключенное в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м, который выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. Помимо квантового процессора в корпусе Q System One располагаются различные управляющие модули, а также система охлаждения.
Выбор материала корпуса, по данным ресурса Engadget, обоснован простотой поддержания необходимой для функционирования устройства температуры – порядка 10 милликельвинов, то есть достаточно близко к абсолютному нулю. Конструкция корпуса позволяет предохранять компоненты квантового компьютера от нежелательных вибраций, способных привести к возникновению вычислительных ошибок в процессе его работы.
Несмотря на относительную компактность модели, продемонстрировать полноразмерный работающий прототип в IBM не отважились – вместо него была представлена уменьшенная до 2,25 м версия Q System One с отсутствующей задней панелью, за которой скрываются модули охлаждения, питания и управления, а также без защитного «колпака», под которым прячется собственно квантовый компьютер. Тем не менее, по словам Боба Сатора (Bob Sutor), вице-президента IBM Research, у IBM есть «полностью работоспособный» прототип Q System One в Йорктаун Хайтс (Нью-Йорк, США), который на январь 2019 года уже применяется при проведении экспериментов.
Компания также планирует открыть центр квантовых вычислений в Покипси (Нью-Йорк, США) для работы над усовершенствованной версией Q System One. Создатели еще не решили, подвергнется ли переработке йорктаунский прототип или изделие будет собираться «с нуля». [1]
Привлечение Samsung, Daimler и Honda для апробации квантовой технологии
14 декабря 2017 года стало известно о том, что корпорация IBM выбрала 12 компаний для апробации своей квантовой компьютерной технологии. В рамках программы под названием Q Network компания IBM через облако предоставит партнерам доступ к своей вычислительной машине мощностью 20 кубитов (квантовых битов).
По данным Bloomberg, опробовать возможности квантового компьютера IBM смогут банки JPMorgan Chase & Co. и Barclays, автопроизводители Daimler и Honda Motor, южнокорейский технологический гигант Samsung Electronics, химические компании JSR и Nagase, производитель специализированных сплавов Hitachi Metals и другие. В числе задач, для которых может использоваться квантовый компьютер — создание новых химических катализаторов и разработка новых материалов с необычными свойствами.
Квантовый компьютер IBM теоретически способен выполнять более 1 млн вычислительных операций одновременно. Пока эта и другие подобные системы уступают традиционным суперкомпьютерам, которые могут выполнять десятки тысяч триллионов операций в секунду. Кроме того, квантовые компьютеры во время вычислений допускают ошибки, что может сделать результаты непригодными для практического применения.
Впрочем, в перспективе квантовые вычислительные системы должна будут превзойти суперкомпьютеры. Позволяя партнерам оценить возможности новой технологии, IBM рассчитывает, что в будущем, когда появятся более мощные устройства, компании будут готовы перейти на нее.
В JPMorgan заявили, что планируют воспользоваться предложением IBM и изучить, возможно ли использовать квантовые компьютеры для оценки трейдинговых стратегий, стоимости активов и анализа рисков.
В Daimler отметили, что хотят исследовать, как квантовые компьютеры могут помочь в усовершенствовании производственных процессов, построении маршрутов для беспилотных автомобилей и разработке новых материалов для автомобильной промышленности.
В Samsung обещали рассмотреть применение квантовых компьютеров в полупроводниковом производстве, а JSR — в химическом. [2]
Самый мощный квантовый компьютер
10 ноября 2017 года на конференции IEEE Industry Summit (Вашингтон, США), посвященной будущему компьютерных технологий, компания IBM объявила о создании рабочего прототипа 50-кубитного квантового компьютер, который тем самым стал самым большим и мощным в своем классе к моменту анонса. Планируется, что в будущем вычислительные возможности 50-кубитного компьютера станут доступны из облака в рамках проекта IBM Q.
Кроме того, IBM собирается до конца 2017 года предоставить пользователям доступ к 20-кубитной системе в облаке, которая позволит осуществлять вычисления при когерентности в 90 микросекунд (когерентность — это свойство кубитов находиться в нескольких состояниях одновременно). Это время кажется небольшим, однако оно является рекордным для отрасли, где одной из самых больших проблем является поддержание жизни кубитов.
Как отмечается, на увеличение времени когерентности для 20-кубитного процессора у IBM ушло полгода — в результате удалось добиться удвоения показателя по сравнению с 5- и 16-кубитными моделями, доступными пользователям. На 2018 год запланированы работы по дополнительной модификации 20-кубитной версии.
Как отметил профессор Университета Мэриленд Эндрю Чайлдс (Andrew Childs) изданию MIT Tech Review, IBM еще не опубликовала детали своего нового квантового компьютера в журнале, рецензируемом специалистами в данной области.
Мощный квантовый компьютер, подобный тому, который создала IBM, имеет очень вычислительную мощность при выполнении конкретных типов заданий. Такое оборудование может быть полезно при имитации химических взаимодействий на субатомном уровне и других сложных операций.
По данным IBM, за все время существования проекта IBM Q квантовыми вычислениями в облаке успели воспользоваться 60 тыс. пользователей. В общей сложности они провели 1,7 млн экспериментов, по результатам которых было опубликовано 35 исследовательских работ. В проекте были зарегистрированы пользователи из 1,5 тыс. университетов, 300 старших школ и 300 частных институтов по всему миру.
Как отмечает издание Futurism, компания IBM добилась значительных успехов в области квантовых вычислений с тех пор, как ее исследователи помогли создать поле квантовой обработки информации. Но IBM не единственна, кто участвует в гонке по созданию рабочих квантовых компьютеров. Google и Intel также разрабатывают собственные квантовые вычислительные системы, американский стартап Rigetti обещает произвести революцию в этой области, а канадская компания, специализирующаяся на квантовой вычислительной технике, D-Wave к ноябрю 2017 года разработала пару квантовых компьютеров, которые были использованы NASA и Google.
Исследования в области химии
Ученые компании IBM составили математическую модель молекулы химического вещества и произвели расчеты этой модели при помощи имеющегося в их распоряжении квантового компьютера. “Сердцем” этого квантового компьютера является процессор с семью квантовыми битами, кубитами, а рассчитанная модель молекулы является моделью молекулы гидрида бериллия (BeH2), моделью самой сложной на сегодняшний день молекулы, рассчитанной на квантовом компьютере. Данное достижение является демонстрацией возможности использования квантовых вычислительных систем для углубленного изучения процессов и явлений, происходящих во время сложных химических реакций, что в будущем может привести к ряду прорывов и достижений в области химии, материаловедения, медицины и т.п.
“Мы ожидаем, что в течение нескольких следующих лет возможности квантовых вычислительных систем IBM Q намного превзойдут возможности даже самых мощных современных суперкомпьютеров” – рассказывает Дарио Джил (Dario Gil), вице-президент IBM Research, курирующий направление развития систем искусственного интеллекта и квантовых вычислений, – “И эти квантовые компьютеры станут незаменимым инструментом для проведения исследований в таких областях, как химия, биология, здравоохранение и материаловедение” .
Отметим, что возможностей современных суперкомпьютеров еще недостаточно для того, чтобы учесть все тонкости поведения и взаимодействия электронов в даже не самых сложных молекулах. А при увеличении сложности молекул требования к количеству ресурсов и вычислительной мощности компьютеров увеличиваются по экспоненте и с такими задачами смогут справиться только квантовые компьютеры с большим количеством кубитов.
Анонс
В марте 2017 года IBM анонсировала, как утверждает компания, первый в мире коммерческий сервис квантовых вычислений. Программа под названием IBM Q запущена в облачной инфраструктуре IBM Cloud.
В рамках IBM Q будут предоставляться сервисы и услуги консалтинга подобно тому, как это делается на платформе IBM Watson. Только в случае с новым проектом будут использоваться не традиционные компьютеры, а квантовые.
IBM планирует создать квантовый компьютер примерно с 50 кубитами, что в 10 раз мощнее системы, разработанной компанией к марту 2017 года. Высокопроизводительная машина сможет выполнять задачи, с которыми не могут справиться обычные ПК: например, быстро искать новые лекарства и совершать научные открытия за короткое время.
Квантового компьютера с 50 кубитами хватит для практической разработки алгоритмов и решения важных проблем, говорит вице-президент и технический директор по квантовым вычислениям в подразделении IBM Systems Скотт Кроудер (Scott Crowder). Более быстрые системы помогут открыть новые методы использования квантовых компьютеров, о которых ранее и не подозревали ученые, добавил он.
Программа IBM Q позволит пользоваться большими возможностями квантовых вычислений на коммерческом уровне для решения практических задач из области науки и бизнеса. Такие компьютеры, к примеру, помогут в поиске новых молекулярных структур, оптимизации логистики, финансовом моделировании, развитии искусственного интеллекта и защите информации.
В 2017 году IBM выпустит программный инструментарий, необходимый для разработки квантовых приложений. Разработчики получат новые API-интерфейсы, помогающие связать квантовые вычисления с классическими без глубоких знаний в квантовой физике.
К марту 2017 года клиенты IBM могут бесплатно пользоваться 5-кубитным квантовым компьютером в качестве публичного облачного сервиса. Его возможности задействовали 40 тыс. пользователей более чем в 200 тыс. экспериментов и 15 научно-исследовательских работах, рассказали в IBM. [4]
IBM создала первый «персональный» квантовый компьютер
«Голубой гигант» продемонстрировал прототип квантового 20-кубитного компьютера в оригинальном компактном корпусе. Корпорация позиционирует новинку как устройство для научного и коммерческого использования.
IBM показала Q System One
Корпорация IBM представила Q System One – компактный модульный квантовый компьютер, который сами представители компании окрестили «первой в мире интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой, разработанной для научного и коммерческого применения».
Анонсированная на международной выставке потребительской электроники CES 2019 система представляет собой 20-кубитное вычислительное устройство четвертого поколения, заключенное в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м, который выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. Помимо квантового процессора в корпусе Q System One располагаются различные управляющие модули, а также система охлаждения.
Выбор материала корпуса, по данным ресурса Engadget, обоснован простотой поддержания необходимой для функционирования устройства температуры – порядка 10 милликельвинов, то есть достаточно близко к абсолютному нулю. Кроме того, конструкция корпуса позволяет предохранять компоненты квантового компьютера от нежелательных вибраций, способных привести к возникновению вычислительных ошибок в процессе его работы.
«Объединение всего этого в первый интегрированный квантовый компьютер общего назначения является знаковым моментом для IBM, учитывая ее историю», – цитирует Дарио Джила (Dario Gil), главного операционного директора IBM Research, издание Financial Times, противопоставляя новинку лабораторным образцам квантовых вычислительных систем прошлых лет, которые порой занимали собой целые комнаты.
Прототип квантового компьютера IBM Q System One
Несмотря на относительную компактность новинки, продемонстрировать полноразмерный работающий прототип в IBM не отважились – вместо него взору публики предстала уменьшенная до 2,25 м версия Q System One с отсутствующей задней панелью, за которой скрываются модули охлаждения, питания и управления, а также без защитного «колпака», под которым прячется собственно квантовый компьютер. Последнее сделано для удобства посетителей выставки, позволяя им рассмотреть все компоненты устройства.
Тем не менее, по словам Боба Сатора (Bob Sutor), вице-президента IBM Research, у IBM есть «полностью работоспособный» прототип Q System One в Йорктаун Хайтс (Нью-Йорк, США), который уже применяется при проведении экспериментов.
Уменьшенный образец IBM Q System One, продемонстрированный широкой публике
Компания также планирует открыть центр квантовых вычислений в Покипси (Нью-Йорк, США) для работы над усовершенствованной версией Q System One. Создатели еще не решили, подвергнется ли переработке йорктаунский прототип или изделие будет собираться «с нуля».
О квантовых вычислениях
Квантовые компьютеры в отличие от классических вычислительных машин оперируют не битами, а кубитами, которые могут находится не только в состояниях «1» и «0», но и их суперпозиции. При разработке квантовых вычислительных устройств ученые стараются ввести кубиты в состояние квантовой запутанности. Суть явления заключается в том, что изменение одного кубита всегда влияет на состояние связанных с ним соседей. Благодаря этому квантовые компьютеры потенциально способны демонстрировать высочайшую производительность в вычислениях.
Важной вехой для квантовых технологий считается достижение так называемого квантового превосходства (Quantum supremacy) — способности производить вычисления быстрее классических систем.
Главной проблемой квантовых технологий на текущем этапе развития является возникновение в процессе работы большого количество ошибок, нуждающихся в коррекции.
Квантовые технологии считаются перспективными и вызывают интерес у крупнейших игроков рынка вычислительной техники. Так, в январе 2018 г. Intel представила свой 49-кубитный процессор Tangle Lake, а ранее CNews сообщал о создании учеными из Мэрилендского университета в Колледж-Парке симулятора 53-кубитного квантового компьютера на иттербиевых ионах и «первого в мире коммерческого квантового компьютера» IBM Q, доступ к которому возможен через облачный сервис IBM Cloud. Проект развивался на базе облачной вычислительной платформы IBM Quantum Experience.
Область применения квантовых вычислений
IBM применяет квантовые вычисления для решения задач моделирования в химии, так как классические компьютеры не способны смоделировать квантовые состояния даже простой молекулы из-за их большого количества. В перспективе компания планирует заняться моделированием сложных молекул и высокоточным предсказанием химических свойств.
Квантовые вычисления в перспективе могут быть использованы для создания новых медикаментов, так как с их помощью можно моделировать сложные молекулярные и химические реакции. Также они найдут применение в глобальной логистике, где помогут в построении каналов поставок в наиболее загруженные периоды времени. В сфере инвестиций квантовые инструменты применимы для моделирования финансовых данных и ликвидации факторов риска в процессе инвестиций. Кроме того, они дадут возможность обрабатывать колоссальные объемы данных с помощью искусственного интеллекта, что пригодится при поиске изображений или видео. Также квантовые алгоритмы смогут повысить безопасность облачных вычислений и конфиденциальной информации за счет законов квантовой физики.
