Современная электроника №9/2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2022 ется несомненным мировым лидером с этой точки зрения [73]. Летом 2022 года корпорация Google представила свой новый виртуаль- ный эмулятор квантового компьюте- ра «Quantum Virtual Machine – QVM», который даёт возможность большему количеству людей присоединиться к разработкамфирмы в поисках кванто- вых алгоритмов и приложений. Кроме того, этот эмулятор предоставляет бес- платный доступ к инструментам разра- ботки прототипов квантовых алгорит- мов, адаптированных для ближайших квантовых компьютеров, и позволяет начинающим разработчикам сосредо- точиться на конкретной стоящей перед ними задаче. Квантовая виртуальная маши- на (Google – QVM) эмулирует рабо- ту одного из квантовых компьютеров фирмы, предоставляя такие необходи- мые инструменты, как эволюция куби- тов, расфазировка, ошибки затвора и считывания и другие. В QVM результа- ты расчётов объединяются для имита- ции выходных данных, подобных кван- товому процессору, с использованием моделей исследовательской группы по физике [74]. Примерно в это же время другой веду- щий разработчик универсальных циф- ровых квантовых компьютеров с вен- тильной обработкой – корпорация IBM объявила о своей новой стратегической линии развития, основанной на созда- нии гибридных модульных устройств, объединяющих квантовые процессоры с классической компьютерной инфра- структурой, управляемойQiskit Runtime. Подобные гибридные платформы позволят пользователям легко встраи- вать квантовые вычисления в свои рабо- чие процессыи, таким образом, решать актуальные научные проблемы. Анонси- рованная дорожная карта IBMподразу- мевает создание до 2025 года квантовых компьютеров, содержащих 1121, 1386 и 4158 кубитов [75]. Китайская компания Baidu на кон- ференции «Quantum Create 2022», про- ходившей в августе этого года в Пеки- не, представила свой новый квантовый компьютер под названием «Qian Shi», который сочетает в себе аппаратное обеспечение,программныйстекBaidu– Liang Xi и ряд практических кван- товых приложений. Как утвержда- ется, «Qian Shi» является первым в мире всеплатформенным кванто- вым программно-аппаратным реше- нием, доступным для использования широкой публикой. Существующие в настоящее время приложения вклю- чают квантовые алгоритмы для раз- работки новых литиевых батарей, моделирования свёртывания белков, искусственного интеллекта, вычисли- тельной биологии, финансовых тех- нологий [76]. Как сообщает Nikkei Asia, японские исследовательские институты Fujitsu и Riken планируют совместно произ- водить и продавать квантовые ком- пьютеры уже в апреле 2023 года. Пер- вый квантовый компьютер, который Fujitsu намерена выпустить на рынок, имеет 64 кубита и предназначен для исследовательских компаний, рабо- тающих в области фармакологии, новых материалов, автомобилестро- ения и финансового прогнозирова- ния [77]. Кроме того, появилось много сооб- щений о новых чисто технических новинках, предназначенных для аппа- ратной части квантовых вычислите- лей. Новая перспективная разработка квантовой памяти описана в работе [78]. Такая память предназначена для того, чтобы считывать информацию с фотонного кубита, сохранять её и по требованию записывать в соответству- ющий кубит. В этой разработке в качестве базовой структуры квантовой памяти исполь- зовался кристалл, легированный пра- зеодимом (praseodymium), внутри которого лазером был выгравирован волновод. Этот микрометровый канал внутри кристалла удерживает и направ- ляет фотон в заданном направлении. Два оптоволоконных световода обе- спечивают прямой интерфейс меж- ду источниками фотонов, несущими квантовую информацию, и кванто- вой памятью. Учёные из университета Оксфорда разработали переключатель поляри- зации для сверхбыстрого квантового компьютера с фотонными кубитами. Идея таких переключателей заключа- ется в использовании гибридных нано- проводов, способных выборочно пере- ключать устройства в зависимости от поляризации. Использованные в этой работе материалы, переходящие из одной фазы в другую при освещении светом с разной поляризацией, могут стать платформой для сверхбыстрых фотонных вычислений и хранения информации [79]. Из новинок 2022 года, предназна- ченных для общего пользования, мож- но отметить исследовательскую груп- пу из Токийского технологического института, которая разработала кван- товый датчик для контроля заряда в автомобильных аккумуляторах. Дат- чик, изготовленный на базе алмазных кубитов с замещёнными атомами, зна- чительно точнее и меньше по размерам и весу [80]. Особое значение имеют квантовые вычисления для приложений искус- ственного интеллекта и машинного обучения. Подробный обзор работ по использованию вычислителей кванто- вого отжига D-Wave для таких приложе- ний машинного обучения, как распоз- навание изображений, дистанционное зондирование изображений, вычис- лительная биология и физика элемен- тарных частиц, продемонстрировал реальные преимущества квантовых вычислений по сравнению с класси- ческими компьютерами с двоичной логикой. При этом наилучшие резуль- таты в производительности достига- ются при использовании гибридных схем Quantum Annealer Eigensolver – QAE [81]. В этой работе также подчёркивает- ся, что усложнение модели исследуемо- го процесса вызывает необходимость увеличения вычислительных кубитов в квантовых процессорах. В этой связи заслуживает внима- ния инновационный метод перемно- жения матриц, предложенный в октя- бре 2022 года британской фирмой DeepMind Technologies [82]. Эта новая версия AlphaZero под назва- нием AlphaTensor предлагает более быстрый способ выполнения опера- ции матричного умножения, кото- рая является одной из фундаменталь- ных в вычислениях с использованием машинного обучения. Если будет най- ден способ интеграции GPU в гибрид- ные системыQAE, то квантовые вычис- ления могут быть более эффективными, экономичными и точными. Можно ожидать, что будущие технологические усовершенствова- ния квантовых вычислителей позво- лят увеличивать количество кубитов и уменьшать шум. Одновременное совершенствование алгоритмов кван- товых вычислений, в частности VQE и QAE, откроет пути к более глубоким и тонким исследованиям в квантовой физике и химии, которые, в свою оче- редь, приведут к новым технологиям и материалам с уникальными каче- ствами.