За последний год мир квантовых вычислений пережил огромный рост и совершил уникальные научные открытия, которые приближают нас к тому, чтобы воспользоваться преимуществами, которые может предложить эта технология. В рамках подготовки к DEFCON 31 Quantum Village 2 я составил список интересных событий, учебных ресурсов и другого контента, который поможет вам быстро ознакомиться с тем, что произошло с прошлого лета.

Новости: В этом разделе представлены несколько статей с уникальными примерами использования квантовых компьютеров.

  • Могут ли квантовые вычисления произвести революцию в электромобилях? (октябрь 2022 г.) Алгоритмы оптимизации могут помочь улучшить существующие системы управления температурой аккумуляторов. Лучшие аккумуляторы станут ключом к переходу на электромобили.
  • Квантовая коррекция ошибок может позволить использовать квантовые телескопы (ноябрь 2022 г.): исследователи из Австралии и Сингапура работают над новым квантовым методом для улучшения оптической РСДБ. Он известен как стимулированный рамановский адиабатический проход (STIRAP), который передает квантовую информацию без потерь.
  • Прокладывая путь для спутниковой квантовой связи (ноябрь 2022 г.): серия демонстраций Micius — низкоорбитального спутника с квантовыми возможностями — закладывает основу для спутниковой сети квантовой связи.
  • Обнаружение темной материи с помощью квантовых компьютеров (декабрь 2022 г.): Темная материя составляет около 27% материи и энергетического бюджета во Вселенной, но ученые мало что о ней знают. Они знают, что она холодная, а это означает, что частицы, из которых состоит темная материя, медленно движутся. Обнаружить темную материю напрямую сложно, потому что она не взаимодействует со светом. Однако ученые из Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США нашли способ искать темную материю с помощью квантовых компьютеров.
  • Квантовая биология: как квантовые вычисления могут открыть новое измерение лечения болезней (декабрь 2022 г.): представьте себе будущее, в котором каждому человеку на Земле дан дар отличного здоровья — мир, в котором можно лечить редкие заболевания и рак. вылечены, больше не существует множественных осложнений, и люди во всем мире живут здоровее и дольше. Звучит как научная фантастика? Возникающая область квантовой биологии может сделать это возможным.
  • Как квантовые вычисления могут перемещать роботов в людных местах (декабрь 2022 г.): в вычислительных методах способность робота поворачиваться сильно зависит от непрерывного решения дифференциальных уравнений. Перспективным подходом к планированию пути робота является решение дифференциального уравнения, называемого уравнением Лапласа.
  • Новая архитектура квантовых вычислений может использоваться для подключения крупномасштабных устройств (январь 2023 г.): исследователи Массачусетского технологического института разработали архитектуру квантовых вычислений, которая обеспечит расширяемую высокоточную связь между сверхпроводящими квантовыми процессорами.
  • Квантовая угроза DNS (февраль 2023 г.): до массовых квантовых вычислений могут пройти еще годы, но усилия в области кибербезопасности для защиты от квантовых атак не могут ждать. Когда квантовые вычисления действительно появятся, они могут быстро уничтожить криптографию, которая в настоящее время защищает онлайн-коммуникации, например, цифровые подписи, используемые в системе доменных имен (DNS), и обмен ключами, используемый в безопасности транспортного уровня (TLS).
  • Внедрение квантово-защищенной сети в мегаполисе (март 2023 г.): Центр квантовых сетей AWS (CQN) завершил первое испытание квантово-защищенной связи в клиентской среде.
  • Превращение вашего смартфона в квантовый датчик (апрель 2023 г.): исследователи Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее разработали метод в масштабе чипа с использованием OLED для отображения магнитных полей, потенциально превращая смартфоны в портативные квантовые датчики. Этот метод является более масштабируемым и не требует лазерного ввода, что делает устройство меньше и серийнее. Технология может быть использована для дистанционной медицинской диагностики и выявления дефектов материалов.
  • Airplane Gate Scheduling (май 2023 г.): группа исследователей, работающих с IBM, разрабатывала и тестировала специальные алгоритмы для конкретных задач, которые работают с квантовыми схемами. Это означает, что широкая категория задач оптимизации становится более конкретной проблемой, такой как поиск лучших выходов на посадку для стыковки рейсов в аэропорту.
  • NVIDIA, Rolls-Royce и Classiq объявляют о прорыве в области квантовых вычислений для вычислительной гидродинамики в реактивных двигателях (май 2023 г.): Используя платформу квантовых вычислений NVIDIA, компании разработали и смоделировали крупнейшую в мире схему квантовых вычислений для вычислительной гидродинамики (CFD). ) — схема, которая измеряет 10 миллионов слоев в глубину с 39 кубитами. Используя графические процессоры, Rolls-Royce готовится к квантовому будущему, несмотря на ограничения современных квантовых компьютеров, которые поддерживают схемы только на несколько уровней в глубину.
  • Квантовые датчики могут обнаруживать космический мусор по его гравитационному притяжению (май 2023 г.): датчики, основанные на квантовом поведении крошечных кристаллов, могут обнаруживать куски космического мусора, летящие к спутникам. Защита космического оборудования становится все более важной областью интересов по мере того, как все больше стран выводят оборудование на орбиту.
  • Квантовый повторитель передает запутанность на расстояние более 50 км (июнь 2023 г.): Физики из университетов Инсбрука в Австрии и Париж-Сакле во Франции впервые объединили все ключевые функции междугородной квантовой сети в единую систему. В экспериментальном эксперименте они использовали эту систему для передачи квантовой информации через так называемый ретрансляционный узел на расстояние более 50 километров — достаточно далеко, чтобы показать, что строительные блоки практических крупномасштабных квантовых сетей могут вскоре быть в пределах досягаемости.
  • Ученые достигли распределения квантовых ключей на 1000 км (июнь 2023 г.): учеными из Университета науки и технологий Китая было достигнуто двухточечное распределение квантовых ключей (QKD) на расстоянии 1002 км ( USTC) Китайской академии наук (CAS) и их сотрудники из Университета Цинхуа, Цзинаньского института квантовых технологий и Шанхайского института микросистем и информационных технологий (SIMIT), CAS.
  • Новый квантовый магнит обещает применение в робототехнике, электронике и датчиках (июль 2023 г.): исследователи узнают, как контролировать аномальный эффект Холла и кривизну Берри для создания гибких квантовых магнитов для использования в компьютерах, робототехнике и датчиках.
  • Квантовый скачок — как квантовые датчики совершают революцию в робототехнике (август 2023 г.): Квантовые датчики и квантовый ИИ — это только начало: теперь роботы тоже получают обработку квантовыми датчиками. Квантовые датчики улучшат то, как работают роботы и как мы применяем их для решения важных задач 21-го века.

Отчеты. В следующих отчетах собраны данные о внедрении квантовых вычислений и тенденциях, связанных с ростом отрасли за последний год.

  • Состояние квантовых вычислений: построение квантовой экономики (сентябрь 2022 г.): отчет Всемирного экономического форума с подробным описанием достижений и тенденций в отрасли.
  • Квантовое машинное обучение — современное состояние и будущие направления (декабрь 2022 г.): в этом отчете рассматривается текущее состояние квантового машинного обучения. В нем рассматриваются квантовые классические алгоритмы для классических данных, подлинные квантовые алгоритмы для классических данных, классические алгоритмы для квантовых данных и квантовые алгоритмы для квантовых данных. Особое внимание в этом обзоре уделяется методам, практически осуществимым на существующих квантовых компьютерах.
  • Второй ежегодный отчет о внедрении корпоративных квантовых вычислений (январь 2023 г.): 2022 год стал переломным моментом в корпоративном внедрении квантовых вычислений, поскольку более двух третей сторонников квантовых вычислений сообщили о бюджете квантовых вычислений более чем на 1 миллион долларов, что более чем в 2,5 раза больше. по сравнению с отчетными результатами прошлого года. Уверенность в потенциале Quantum для достижения лучших бизнес-результатов растет, и предприятия используют тактику для достижения конкурентного преимущества с помощью этой технологии.
  • Новый отчет показывает, что квантовые технологии процветают в Европе (февраль 2023 г.): европейская глобально конкурентоспособная экосистема квантовых технологий, состоящая из малых и средних предприятий, корпораций, ведущих ученых, проектов, стартапов и дочерних компаний, демонстрирует явные признаки роста. .

Квантовое машинное обучение: Квантовые компьютеры могут произвести революцию в машинном обучении. В этих статьях освещаются достижения на стыке МО и Quantum.

  • Прорыв в области квантового ИИ (август 2022 г.): теорема, снижающая потребность в обучающих данных. Согласно новому доказательству, для обучения квантовой нейронной сети требуется лишь небольшой объем данных, который опровергает предыдущие предположения, связанные с огромным аппетитом классических вычислений к данным в машинном обучении или искусственном интеллекте. У теоремы есть несколько прямых приложений, в том числе более эффективная компиляция для квантовых компьютеров и различение фаз материи для открытия материалов.
  • AutoQML: автоматическое создание и обучение надежных квантовых классификаторов с использованием генетических алгоритмов на изображениях в градациях серого (август 2022 г.). В этой статье используются многокритериальные генетические алгоритмы для описания новой гибридной системы для автоматического создания и обучения квантовых классификаторов на изображениях в градациях серого.
  • QDataSet (сентябрь 2022 г.): набор квантовых данных, предназначенный для облегчения обучения и разработки алгоритмов квантового машинного обучения.
  • Квантовое преобразование данных предлагает путь к расширению архитектур квантовых технологий (февраль 2023 г.): Исследователям из лаборатории Кастлера Бросселя в Париже удалось создать первый преобразователь между двумя разными типами квантово-битового кодирования — эквивалент преобразователей для классическая информация, но ориентированная на различные типы квантовых данных.
  • Квантовое глубокое хеджирование (март 2023 г.): Квантовое машинное обучение может оказать преобразующее воздействие в различных секторах экономики, особенно в финансовом. В этой статье авторы рассматривают проблему хеджирования, когда глубокое обучение с подкреплением предлагает мощную основу для реальных рынков.
  • Практический обзор классификации изображений с помощью квантовых схем на основе тензорных сетей (март 2023 г.): проектирование схем для квантового машинного обучения остается сложной задачей. Вдохновленный приложениями тензорных сетей в различных областях и их новым присутствием в классическом контексте машинного обучения, один из предложенных методов проектирования вариационных схем состоит в том, чтобы основывать архитектуру схемы на тензорных сетях.
  • Основы для демонстрации практического квантового преимущества (апрель 2023 г.) Генеративное моделирование вызывает растущий интерес как к классическому, так и к квантовому машинному обучению, и оно представляет собой многообещающий кандидат для получения практического квантового преимущества в ближайшем будущем. В этом исследовании исследователи создают предлагаемую основу для оценки эффективности обобщения генеративных моделей. Они устанавливают первую количественную сравнительную гонку за практическим квантовым преимуществом (PQA) между классическими и квантовыми генеративными моделями, а именно машинами, рожденными квантовыми цепями (QCBM), трансформаторами (TF), рекуррентными нейронными сетями (RNN), вариационными автоэнкодерами (VAE) и Вассерштейн. Генеративно-состязательные сети (WGAN).
  • MNISQ: крупномасштабный набор данных квантовых схем для машинного обучения на/для квантовых компьютеров в эпоху NISQ (июнь 2023 г.): первый крупномасштабный набор данных, MNISQ, как для квантового, так и для сообщества классического машинного обучения во время Noisy Среднемасштабная квантовая эра. MNISQ состоит из 4 950 000 точек данных, организованных в 9 поднаборов данных.

Финансы: Финансовая отрасль находится в авангарде исследований в области квантовых вычислений. В следующих статьях освещаются конкретные случаи использования, в которых квантовые компьютеры могут помочь нам решить самые сложные финансовые проблемы.

  • Использование Q# для оценки ресурсов, необходимых для квантового преимущества в ценообразовании деривативов (сентябрь 2022 г.): в этой статье рассматриваются характеристики квантового компьютера, необходимые для достижения практического преимущества в проблеме ценообразования деривативов.
  • Оптимизация портфеля с помощью квантовой динамики Зенона (сентябрь 2022 г.): оптимизация портфеля — важная проблема математических финансов и многообещающая цель для алгоритмов квантовой оптимизации. Успешная оптимизация портфеля может максимизировать способность инвестиционных менеджеров получать прибыль для своих клиентов, включая ваш пенсионный счет.
  • Inside Quantum Technology’s Inside Scoop (декабрь 2022 г.): из-за того, что так много людей имеют кредитные карты, многие банки и финансовые учреждения борются с процессом подачи заявок на кредитные карты, создавая узкое место. Это узкое место является лишь одним из многих в кредитной индустрии. Поскольку квантовые вычисления оптимизируют процессы и, в свою очередь, устраняют узкие места, они могут помочь превратить всю кредитную индустрию в более быструю и эффективную машину.
  • Заново изобрести ценообразование опционов на рынках капитала с использованием квантовых вычислений (март 2023 г.): имитационное моделирование методом Монте-Карло — это вероятностная численная модель, используемая для прогнозирования исхода неопределенного процесса, который требует значительной вычислительной мощности для прогнозирования вероятности исхода. . Модели квантового машинного обучения, такие как квантовые машины Больцмана (QBM), и модели квантовой оптимизации, такие как квантовый отжиг (QA), могут помочь в ценообразовании деривативов при одновременном повышении скорости вычислений.
  • Квантовые вычисления снижают системный риск в финансовых сетях (март 2023 г.): в тесно связанных финансовых сетях банкротство одного учреждения может привести к банкротству дополнительных банков. Этот системный риск можно уменьшить, скорректировав кредиты, владение акциями и другие обязательства, связывающие учреждения, чтобы предотвратить каскадные сбои. В статье сравниваются классический и квантовый алгоритмы решения этой задачи.

Учебные ресурсы. В этом разделе представлены статьи, от развлекательных до академических, которые помогут вам познакомиться с квантовыми вычислениями.

  • Quantum Kittens (август 2022 г.): Исследуйте царство Quantum Kittens, где увлекательный мир квантовых вычислений раскрывается в увлекательных историях о кошачьих приключениях.
  • Картинка стоит 1000 слов (август 2022 г.): полезная визуализация для понимания пути квантового алгоритма.
  • Квантовый компьютер в фотографиях (сентябрь 2022 г.): визуальное описание компонентов квантового компьютера и обзор для тех, кто хочет ознакомиться.
  • Иллюстрированное введение в квантовые сети и квантовые повторители (октябрь 2022 г.): Квантовые сети — это новая технология, которая распределяет запутанные квантовые биты среди географически разделенных пользователей. Вы можете узнать больше о том, как работают эти квантовые сети, в этой статье.
  • Введение в квантовую обработку естественного языка (ноябрь 2022 г.): обработка естественного языка — это междисциплинарная область лингвистики, информатики и искусственного интеллекта, связанная с взаимодействием между компьютерами и человеческим языком, в частности, с тем, как программировать компьютеры для обработки и анализировать большие объемы данных на естественном языке. В этой статье вы узнаете, как квантовые компьютеры могут улучшить обработку естественного языка.
  • Насколько быстры квантовые компьютеры? (ноябрь 2022 г.) Смысл квантовых компьютеров в том, что однажды созданные, они будут решать проблемы, слишком сложные для любого настоящего или будущего суперкомпьютера. Для неспециалиста это предложение эквивалентно фразе Квантовые компьютеры намного быстрее, чем любой суперкомпьютер. Эта статья углубляется в то, насколько они быстры.
  • Объяснение квантового интернета (декабрь 2022 г.): Квантовый интернет — это сеть квантовых компьютеров, которые когда-нибудь будут отправлять, вычислять и получать информацию, закодированную в квантовых состояниях. Квантовый интернет не заменит современный или классический интернет; вместо этого он предоставит новые функции, такие как квантовая криптография и квантовые облачные вычисления. Узнайте больше о том, что это повлечет за собой в этой статье.
  • Термодинамика квантовых компьютеров (январь 2023 г.): Тепло и компьютеры плохо сочетаются. Если компьютеры перегреваются, они плохо работают или даже могут выйти из строя. Но как насчет квантовых компьютеров будущего? Эти высокопроизводительные устройства еще более чувствительны к теплу. В этой статье рассматриваются некоторые тонкости охлаждения этих систем.
  • The Wired Guide to Quantum Computing (февраль 2023 г.): вводная статья о кубитах, суперпозиционировании и многом другом.

Эксперимент: Если вам нравится быть более практичным, эти ресурсы подскажут вам, как высвободить хакера внутри себя.