Буквaльнo нa дняx прeдстaвитeли кoмпaнии IBM oбъявили всeму миру o свoиx плaнax пo сoздaнию пeрвoгo в мире сервиса облачных вычислений бери базе универсальной квантовой вычислительной системы. Ожидается, что этот сервис, получивший номинация IBM Q, станет доступным к концу этого года и его возможностями смогут воспользоваться заинтересованные в этом организации и кадр(ы), которые за определенную плату получат возможность арендовать вычислительные мощности системы. Основой нового сервиса IBM Q стал служба IBM Quantum Experience, за которым сейчас «скрывается» экспериментальный квантовый компьютер всего с пятью кубитами, да в будущей квантовой системе будет насчитываться в десять раз больше кубитов, сколько обеспечит ей необычайно высокую производительность.

Напомним нашим читателям, что основой квантовых компьютеров являются квантовые биты, кубиты, которые, кроме двух стандартных состояний, и 1, могут находиться в третьем состоянии, состоянии квантовой суперпозиции. Сие обеспечивает то, что при увеличении количества кубитов, работающих за счет явления квантовой запутанности, вычислительная всемогущество квантовой системы увеличивается по экспоненте. И, согласно мнению специалистов компании IBM, лишь квантовому компьютеру с достаточно большим количеством кубитов будет посильна задача моделирования всего окружающего нас решетка с его бесконечным разнообразием взаимодействий и отношений.

Частями нового проекта станут программный интерфейс API for Quantum Experience и мебель инструментов для разработчиков программного обеспечения (SDK), которые появятся одновременно с запуском сервиса IBM Q. Содержимое сих инструментов и специальная литература позволят программистам научиться кодировать совершенно новым способом, создавая программы, максимально производительно использующие все уникальные возможности универсальной квантовой вычислительной системы.

Следует углядеть, что в момент запуска в составе квантовой вычислительной системы, стоящей за сервисом IBM Q, довольно насчитываться 5 кубитов, т.е., по сути, она будет представлять собой модернизированный вариант системы Quantum Experience. Однако, в течение нескольких лет количество кубитов будет увеличено до 50 и позже система обретет свою расчетную вычислительную мощность. Есть большая вероятность того, кое-что по мере разработки новых типов кубитов и сопутствующих сверхпроводящих схемах, которые содержатся при температурах, ненамного превышающих температуру абсолютного нуля, прием IBM Q пройдет через несколько этапов кардинальной модернизации.

Компания IBM планирует, что клиенты их сервиса будут использовать возможности среды Quantum Experience и стоящего вслед ней маломощного квантового компьютера для разработки и предварительной отладки собственных приложений, которые после сего будут запускаться на большом квантовом компьютере IBM Q. О правильности такого подхода говорит в таком случае, что менее чем за год существования, количество клиентов сервиса IBM Quantum Experience насчитывает 40 тысяч, а количество созданных в его рамках приложений перевалило после отметку в 275 тысяч. Справедливости ради следует отметить, что подавляющее значительная этих приложений являются тестовыми, а количество приложений, результаты работы которых были использованы в реальных научно-исследовательских работах, составляет всего 15.

Сaмыe мoщныe сoврeмeнныe кoмпьютeры, супeркoмпьютeры, прeдстaвляют сoбoй мнoжeствo вычислитeльныx узлoв, связaнныx мeжду сoбoй спeциaльными мoстaми и высoкoскoрoстными шинами данных, где-то называемыми интерконнектами. Точно так же будет обстоять дело и с будущими квантовыми компьютерами, которые должны представлять собой законченную с функциональной точки зрения систему, интегрированную с множеством дополнительных устройств. Исследователи из Гарвардского университета и лаборатории Ion Beam Laboratory, являющейся до некоторой степени Национальной лаборатории Sandia, сделали большой шаг к осуществлению интеграции квантовых вычислительных систем. Они создали лучший в своем роде квантовый «мост», способный эффективно объединить множество квантовых компьютеров в единую сетевую вычислительную систему.

В сегодняшний день время на свете существуют лишь простейшие квантовые вычислительные системы, к примеру, IBM Quantum Experience, которые способны выполнять только лишь несложные алгоритмы. Некоторое время учеными предпринимаются попытки создания систем, состоящих из нескольких простых квантовых компьютеров, которые общими усилиями смогут определять и более сложные задачи. Но, к сожалению, несмотря на все эти активность, попытки создания полностью функционирующих «многопроцессорных» квантовых систем еще не увенчались успехом.

«Кадр(ы) уже достаточно давно создали простейшие квантовые компьютеры» — рассказывает Райан Камачо (Ryan Camacho), исследователь из лаборатории Sandia, — «И, вполне вероятно, что такое? следующим этапом будет не создание одного большого и мощного квантового компьютера, а целой системы, состоящей из связанных наперсник с другом простых квантовых компьютеров».

Для того, чтобы связать квантовые компьютеры в единое система. Ant. часть требуется мост, способный разделить квантовую информацию между несколькими устройствами. Другими словами, настоящий мост должен сделать так, чтобы все атомы (квантовые биты, кубиты), содержащиеся в системе, вели себя скажем, словно они являются одним единственным атомом.

При помощи установки ионной имплантации фокусированным лучом, находящейся в лаборатории Sandia, ученые заменили Водан атом углерода в кристаллической решетке алмазного основания большим по размеру атомом кремния. Что только это удалось сделать, атом кремния «потеснил» соседние атомы углерода, создав вокруг себя гомотетия буферной зоны. Промежуток этой буферной зоны действует как изолятор через электрического тока, которым оказывается воздействие на кристалл алмаза. И, во-вторых, частица кремния, находящийся в центре буферной зоны, ведет себя так, словно возлюбленный находится в вакууме, а не заключен внутри твердого кристалла. Это позволяет приобрести необходимую «реакцию электронов атома на квантовые явления, которая не затрагивается нежелательным взаимодействием с другими частицами материи».

При накачке фотонами лазерного света все атомы кремния переходят в возбужденное энергетическое состояние, их электроны перескакивают держи более высокие энергетические орбиты. Но, когда эти электроны возвращаются в свое исходное состояние, они испускают «пачки» фотонов света, квантовые формат которых со 100-процентной вероятностью соответствуют текущему квантовому состоянию атома кремния.

«Блюдо, что нам удалось сделать, это поместить атомы кремния в строго заданные места кристаллической решетки, расположенные стократ ниже уровня поверхности. Теперь мы уже имеем возможность создать тысячи таких «кремниевых дефектов», которые будут расположены в строгом порядке» — рассказывает Райан Камачо, — «Неравно раньше мы должны были суметь выделить фотоны от одного из тысячи не так разбросанных источников света, то сейчас мы можем точно сказать каким атомом кремния был излучен каждый кому не лень из фотонов».

При условии разработки и реализации некоторых дополнительным методов, включая поуже созданные «квантовые детекторы», такая упорядоченная матрица «кремниевых дефектов» может стать мостом, какой объединит в единое целое практически бесконечное количество квантовых процессоров. И ученые собираются продлить работать в этом направлении, которое рано или поздно приведет к появлению эффективных и функциональных квантовых вычислительных систем.

В скoрoм врeмeни всe чeлoвeчeствo нaчнeт гeнeрирoвaть цифрoвыe дaнныe в тaкиx oбъeмax, чтo oни ужe нe смoгут умeститься нa имeющиxся жeсткиx дисках, магнитных лентах и прочих носителях информации. Именно поэтому ученые постоянно занимаются поисками новых методов хранения больших объемов данных, и наипаче перспективным методом является хранение информации, закодированной в виде последовательности молекул синтетической ДНК. А исследователи из Колумбийского университета и нью-йоркского Центра Генома (New York Genome Center, NYGC) продемонстрировали, точно немного видоизмененный алгоритм, изначально предназначенный для сжатия видео для мобильных телефонов, может совсем раскрыть «информационный потенциал» молекул ДНК, позволяя сжать большее количество информации и упаковать ее в виде последовательности четырех базовых оснований ДНК.

На правах уже неоднократно упоминалось на страницах нашего сайта, молекулы ДНК являются идеальным носителем информации из-ради того, что они чрезвычайно компактны и могут сохраняться в целости и сохранности в водобег очень долгого времени. В пользу последнего утверждения говорит тот факт, отчего недавно ученым удалось восстановить полный геном, используя генетический материал найденных в одной из пещер в Испании костей далекого предка человека, что жил около 430 тысяч лет назад.

Для кодирования в виде последовательности молекулы ДНК ученые отобрали сколько-нибудь файлов различного типа, полный код компьютерной операционной системы, короткометражный галльский фильм 1895 года, изображение подарочной карты Amazon, снимок послания человечества, отправленного бери борту космического аппарата Pioneer и текст одной из научных работ Клода Шеннона (Claude Shannon).

Все сии файлы были упакованы в один большой файл, который был разрезан нате множество коротких файлов. При помощи специализированного алгоритма эти короткие участки были перемешаны случайным образом, к ним была добавлена информация чтобы обратного преобразования и, в конце концов, набор двоичных данных был сжат и преобразован в шифр, соответствующий последовательности всех четырех оснований ДНК.

В результате этого получился внушительный список из 72 000 нитей ДНК, каждая из которых состояла из 200 марево оснований. Эти данные были отправлены компании Twist Bioscience, специалисты которой и выполнили соединение искусственной ДНК, вернувшейся к исследованиям внутри пробирки спустя две недели. Во (избежание восстановления исходной информации ученые использовали обычную технологию считывания последовательности, секвенирования. Восстановленные файлы малограмотный содержали ни единой ошибки, а восстановленную операционную систему удалось установить нате компьютер без малейших проблем.

Более того, при помощи некоторых известных методов ученые скопировали исходную ДНК и сняли копии со сделанных копий. И инда в последнем случае информация, зашифрованная в ДНК, была восстановлена без ошибок.

И напоследках, ученые продемонстрировали, что примененный ими метод сжатия позволяет упаковать 215 петабайт данных в молекулы ДНК, суммарный вес которых составляет 1 грамм. Сие почти в 100 раз больше, чем это позволяют сделать другие методы, разработанные другими исследовательскими группами. «Да мы с тобой полагаем, что нам удалось создать устройство хранения данных, имеющее самое высокое важность показателя плотности хранения информации» — пишут исследователи.

По поводу плотности, максимальная информационная вместимость одного основания ДНК составляет два двоичных разряда. Однако, потребность включения в ДНК добавочной информации, необходимой с целью восстановления информации, понижает информационную емкость одного основания до 1.6 разряда. А в любом случае, это на 60 процентов больше, чем было достигнуто при помощи других методов, и куда близко к теоретическому верхнему пределу в 1.8 бита на основание.

Непреодолимым препятствием к практическому применению ДНК в качестве носителя информации является высокая стоимость всего сего. Исследователи потратили около 7 тысяч долларов на синтез ДНК и еще 2 тысячи нате то, чтобы считать записанную информацию. Следует отметить, что стоимость процесса считывания последовательности ДНК по (по грибы) последние годы снизилась в несколько раз, чего не скажешь о процессах синтеза искусственной ДНК. Тем отнюдь не менее, тенденция снижения стоимости по мере появления новых технологий полноте оставаться неизменной и есть надежда на то, что технологии хранения информации ДНК станут доступные мало-: неграмотный только «избранным», но и более широкому ряду людей, нуждающихся в этом.