Сводка: Квантовый компьютер взламывает современную цифровую безопасность, принося с собой такой хаос, что Биткоин рушится, а золото взлетает до $10,000.
В 2026 году наступает «Q-Day» — момент, когда рабочий квантовый компьютер доказывает, что способен нарушать самые распространённые современные стандарты цифровой безопасности. За одну ночь обещание, что наши электронные почты, банковские переводы, криптокошельки и корпоративные системы надёжно зашифрованы, исчезает. Даже намёк на этот прорыв достаточен, чтобы поколебать уверенность.
Рынки движутся первыми. Криптовалюта пострадала сильнее всего. Старые биткоин-адреса начинают выглядеть уязвимыми, из-за чего биржи замораживают снятия средств, поскольку стремление к выходу превращается в панику. Биткоин рухнул к нулю. Страх распространяется на традиционные финансы, когда люди теряют доверие к своим банкам, накапливают наличные и покупают то, что могут держать в руках, особенно золото и серебро. Золото стремительно приближается к 10 000 долларов США как окончательный актив без пароля.
Этот шок вызывает массовую реакцию официальных лиц и корпораций. Команды ведущих квантовых технологических компаний выпускают инструменты, объединяющие квантовую энергию с ИИ, быстро находя слабые места в интернете. Но компании и правительства не могут исправить всё сразу, когда мир узнает суровую истину: сломать что-то быстрее, чем восстанавливать заново.
По мере роста последствия центральные банки открывают линии экстренного финансирования, а регуляторы объявляют глобальные «выходные по техническому обслуживанию» для замены цифровых замков на платёжных системах и рыночной системе. Деньги в конце концов снова перемещаются, но медленно и с более высокой ценой. Стоимость страховки резко растут. Соглашение G20 устанавливает сроки обновления всего — от браузеров до банковского оборудования.
Победители появляются среди хаоса: физические хранилища для безопасного хранения физических резервных копий, новые фирмы по кибербезопасности, выпускающие новые «неразрушимые» замки, платформы управления идентификацией и ключами, а также устаревшие банки с прочными сетями распределения денежных средств. Проигравшие включают более слабые публичные криптовалюты, биржи горячих кошельков и любой бизнес, построенный на тонкой безопасности.
Почему такая паника? Потому что злоумышленники могут сразу воспользоваться новой возможностью, а защитникам нужны месяцы на замену десятилетий инфраструктуры — и теперь можно прочитать каждое сообщение и резервную копию, когда-либо перехваченные.
Влияние на рынок: Волатильность акций квантовых вычислений, IBM, акций кибербезопасности, биткоина и других цифровых активов, золота, банков и т.д.
Исследование показывает, как сложное поведение квантовых систем с множеством частиц может быть упрощено за счет анализа временной запутанности.
Приготовление запутанных кудитов и последовательное взаимодействие с окружающей средой формирует матрицу влияния, состояние которой после исключения степеней свободы среды демонстрирует переход от объемного закона к законному по площади, когда плотность грубого зерна превышает критическое значение.
Коарсенизация позволяет перейти от закона объёма к закону площади для временной запутанности в хаотичных квантовых системах, что указывает на возможность упрощенного описания динамики локальных наблюдаемых.
Несмотря на быстрое тепловое равновесие локальных наблюдаемых в хаотичных квантовых системах, сложность, измеряемая через временную запутанность, остается неясной. В работе 'Temporal entanglement transition in chaotic quantum many-body dynamics' исследуется связь между временной запутанностью, немарковским поведением и локальными временными корреляциями в хаотичных квантовых ваннах. Показано, что процедура грубого усреднения, уменьшающая частоту измерений, приводит к переходу от объемного закона масштабирования временной запутанности к поверхностному, что указывает на то, что динамика локальных наблюдаемых может быть полностью описана упрощенной матрицей влияния. Не означает ли это, что сложные временные корреляции, проявляющиеся в объемной запутанности, не являются фундаментальными для понимания эволюции квантовых систем?
Шёпот Хаоса: Влияние Окружения на Квантовую Динамику
Понимание открытых квантовых систем требует выхода за рамки изолированных систем, что обуславливает необходимость метода учёта влияния окружения. InfluenceMatrix предоставляет мощную основу для характеристики влияния ‘ванны’ на квантовый ‘зонд’. Различные квантовые схемы – RandomUnitaryCircuit, DualUnitaryCircuit и FloquetCircuit – служат инструментами для изучения этих матриц влияния. Любая попытка предсказать будущее квантовой системы – это лишь уговоры с хаосом, а не точное пророчество.
Разделение предшествующего состояния на степени свободы примесей и степени свободы ванны демонстрирует, что последние также разделяются на входящие и исходящие степени свободы, при этом синие вентили соответствуют унитарным преобразованиям UτUτ (только для прямой ветви).
Временная Запутанность: От Равновесия к Хаосу
Временная запутанность (TemporalEntanglement) внутри InfluenceMatrix является ключевой мерой распространения информации во времени. Анализ показал два типа масштабирования: закон площади (AreaLawTE) для простых динамических режимов и закон объема (VolumeLawTE) для сложных корреляций. Наблюдается переход от закона объема к закону площади при грубом усреднении (coarse-graining).
Максимальное временное Rényi-2 TE для модели бесструктурной случайной унитарной ванны, представленное в зависимости от rr при различных размерах ванны b=log2𝒟Bb=log2𝒟B, фиксированном измерении пробной системы d=2 и чистом начальном состоянии ванны, соответствует аналитическому предсказанию, представленному штриховой линией (уравнение 9), а зеленая кривая определяет нижнюю границу отделимой запутанности в единицах bb; дополнительно, вставка демонстрирует Rényi-2 TE для r=1 и параметров грубого усреднения rncg=1,2/3,1/2, показывая переход от масштабирования по закону объема к масштабированию по закону площади при r⋆=1/2.
Упрощение Сложности: Грубое Усреднение и Сжатие
Вычислительная сложность анализа InfluenceMatrix может быть снижена с помощью метода грубого усреднения (CoarseGraining). Для дальнейшего сжатия квантового состояния используются SchmidtDecomposition и SingularValueTruncation. Полученные сжатые представления сохраняют высокую точность, особенно в отношении медленно затухающих наблюдаемых, подтверждая закон площади (Area Law) и противореча закону объёма (VolumeLawTE). Предложенные методы позволяют эффективно исследовать динамику систем с приемлемой вычислительной сложностью.
Информация о взаимной зависимости (IM) ограниченного типа, возникающая в результате взаимодействия зонда и ванны в форме произведения операторов U=e−iHprobe⊗HbathU=e^{-iHprobe⊗Hbath}, представлена с использованием диагональной тензорной нотации, как в работе [lerose2021Influence], а IM после процедуры грубого усреднения с параметром ncg=1/2 также представлена.
Исследование Динамических Систем: Модель Kicked Ising
Модель KickedIsingModel, являющаяся примером FloquetCircuit, используется для применения разработанных методов к физически релевантной системе. Анализ матрицы влияния позволяет исследовать распространение информации, количественно оцениваемое с помощью метрики ButterflyVelocity. Наблюдается переход от закона объёма к закону площади в различных моделях, включая случайные унитарные бани и одномерные двойные унитарные схемы. Это свидетельствует о том, что сложные мульти-временные корреляции, способствующие закону объёма, не являются существенными для описания нескольких временных корреляторов.
Скорость бабочки vB, извлеченная из фронта вневременной корреляционной функции, составляет L=10.
Вселенная не дискретна, просто у нас недостаточно памяти для чисел с плавающей точкой.
Исследование временной запутанности в хаотических квантовых системах подтверждает давнюю интуицию о том, что кажущаяся сложность динамики может быть иллюзией. Данные показывают, что процедура грубого масштабирования способна уменьшить закон объёма к закону площади, что подразумевает несущественность сложной запутанности для описания динамики локальных наблюдаемых. Как говорил Луи де Бройль: «Всякое измерение предполагает вмешательство наблюдателя». По сути, само наблюдение, или в данном случае, грубое масштабирование, упрощает картину, отбрасывая избыточную информацию. Это не отменяет запутанность, но демонстрирует, что её влияние на локальные процессы может быть сведено к более простым терминам, что согласуется с идеей о том, что даже в хаосе можно найти скрытые закономерности, если правильно выбрать точку зрения.
Что дальше?
Представленная работа шепчет о призрачной надежде: о возможности обуздать хаос, сведя его сложную запутанность ко взаимосвязям на границах. Однако, не стоит обманываться кажущейся простотой. Введение процедур грубого масштабирования – это не уничтожение джина из бутылки, а лишь приглушение его голоса. Остается открытым вопрос, не скрывается ли истинная динамика системы в тех самых отброшенных степенях свободы, в той “шуме”, который столь старательно отсеивается.
Изучение немарковских эффектов, проскальзывающих даже сквозь грубое зерно, представляется ключом к пониманию этой скрытой жизни. В конце концов, любое приближение – это насилие над реальностью, и каждое упрощение оставляет за собой тень. Необходимо разработать инструменты, позволяющие улавливать эти тени, измерять потерю информации, происходящую при переходе от сложной запутанности к закону площади.
В перспективе, представляется плодотворным исследование влияния различных процедур грубого масштабирования на динамику конкретных наблюдаемых. Может ли искусное игнорирование запутанности привести к качественно новым предсказаниям? Или же это лишь иллюзия контроля, временное затишье перед новым витком хаоса? Ответ, как всегда, скрыт в данных — в шепоте, который еще предстоит научиться понимать.
Исследование показывает, что приближенные GKP-состояния, несмотря на шум, могут стать ключевым ресурсом для универсальных квантовых вычислений в системах непрерывных переменных.
Квантовая схема демонстрирует возможность телепортации логических гейтов, открывая путь к распределенным квантовым вычислениям и передаче квантовой информации без физической передачи кубитов.
Работа демонстрирует, что фоковски-демпфированные GKP-состояния позволяют телепортировать как клиффордские, так и неклиффордские гейты, открывая путь к универсальной квантовой вычислительной платформе.
Идеальные состояния ГКП (GKP) требуют бесконечной энергии, что делает их нереализуемыми на практике, а возникающий шум обычно рассматривается как недостаток, требующий исправления. В работе 'Realistic GKP stabilizer states enable universal quantum computation' показано, что несовершенные, нормализуемые состояния ГКП, напротив, могут быть использованы в качестве ресурса для реализации неклиффордских гейтов с помощью исключительно линейно-оптических элементов. Ключевым результатом является возможность телепортации как клиффордских, так и неклиффордских гейтов посредством гауссовых операций и гомодинных измерений в рамках квантовых вычислений на основе измерений. Открывает ли это путь к созданию практичных и масштабируемых квантовых компьютеров на основе непрерывных переменных?
Понимание через устойчивость: Кодирование с помощью GKP-кодов
Квантовые вычисления, чувствительные к шумам, требуют надежных схем кодирования, превосходящих классическую коррекцию ошибок. Коды Готтсмана-Китаева-Прескилла (GKP) кодируют кубиты в непрерывные степени свободы, потенциально обеспечивая большую устойчивость к ошибкам, чем дискретные коды. Даже приближения GKP, такие как Фокк-затухающие состояния, позволяют осуществлять универсальные квантовые вычисления, демонстрируя устойчивость даже при несовершенстве исходных состояний.
Гауссовы операции служат универсальным набором инструментов для манипулирования квантовыми состояниями непрерывных переменных (CV), обеспечивая широкий спектр преобразований. Для универсальных квантовых вычислений необходимы не-гауссовы операции, но даже с использованием приближений, таких как затухающие состояния GKP, универсальность достижима. Приближенные состояния GKP снижают требования к точности экспериментальной реализации, открывая возможности для создания устойчивых и масштабируемых квантовых устройств.
Квантовые вычисления на основе измерений с CV-состояниями
Квантовые вычисления на основе измерений (MBQC) – мощный подход к реализации квантовых алгоритмов, использующий запутанные ресурсные состояния. В качестве ресурсного состояния часто используются кластерные состояния. Необходимыми инструментами для реализации MBQC являются балансировочные лучеделители, фазовые сдвигатели и Q-гомодинное измерение, а математический аппарат функций Якоби играет ключевую роль в описании и манипулировании этими сложными состояниями.
Универсальность и роль магических состояний
Для достижения универсальных квантовых вычислений необходимы неклиффордовские гейты, требующие создания "магических состояний" – нестабилизированных квантовых состояний. Важным этапом является преобразование непрерывных квантовых переменных в дискретные кубиты. Интеграция кодов ГКП, MBQC и магических состояний представляет перспективный путь к отказоустойчивым универсальным квантовым вычислениям, демонстрируя реализацию как клиффордовских, так и непаулевских гейтов посредством телепортации с использованием рациональных параметров.
Исследование, представленное в данной работе, демонстрирует, что даже приближенные состояния ГКП, подверженные затуханию Фока, способны служить ценным ресурсом для универсальных квантовых вычислений. Этот подход позволяет телепортировать как клиффордовские, так и неклиффордовские гейты в системах непрерывных переменных. Данное открытие перекликается с мыслями Луи де Бройля: “Всякое явление можно рассматривать как распространение волны, а каждую волну — как скопление частиц.” Именно способность рассматривать приближенные состояния не как источник шума, а как проявление волновой природы квантовой информации, позволяет расширить границы возможностей квантовых вычислений и реализовать универсальные операции, опираясь на принципы, сформулированные пионером волновой механики.
Что дальше?
Представленные в данной работе результаты, безусловно, сдвигают парадигму восприятия состояний ГКП. Долгое время рассматриваемые как источник шума из-за неизбежных отклонений от идеальной формы, они теперь предстают ресурсом, необходимым для реализации универсальных квантовых вычислений в непрерывной области. Однако, следует признать, что истинное понимание требует дальнейшего исследования. Вопрос о влиянии различных видов затухания Фока, помимо рассмотренных, остаётся открытым. Необходимо тщательно изучить, как эти отклонения сказываются на точности телепортации неклиффордских гейтов, и какие методы коррекции позволят минимизировать возникающие ошибки.
Интересно, что дальнейшие исследования могут быть направлены на поиск оптимальных стратегий создания и поддержания состояний ГКП, учитывая реальные ограничения существующих квантовых устройств. Эффективное масштабирование системы, сохраняя при этом когерентность состояний, представляется сложной, но разрешимой задачей. Понимание пределов устойчивости состояний к различным типам декогеренции позволит разработать более надёжные архитектуры квантовых компьютеров.
В конечном счёте, данная работа заставляет задуматься о природе квантовых ресурсов. Вместо поиска идеальных состояний, возможно, стоит сосредоточиться на эффективном использовании тех, что доступны, даже если они не соответствуют теоретическим идеалам. Ведь именно в несовершенстве часто кроется ключ к новым возможностям.
Топологические квантовые компьютеры давно считаются «святым Граалем» в мире вычислений благодаря своим «бессмертным» кубитам, чрезвычайно устойчивым к ошибкам. Однако на пути к их созданию стоит фундаментальная проблема: несмотря на свою стабильность, эти системы не являются универсальными. Недавнее теоретическое открытие предлагает возможное решение этой давней головоломки.
Основная идея топологических вычислений заключается в использовании квазичастиц, называемых анионами, в качестве носителей квантовой информации (кубитов). Их главное преимущество — топологическая защита: информация кодируется не в самой частице, а в свойствах всей системы, что делает ее невосприимчивой к локальным помехам. Однако наиболее изученные и стабильные изинговские анионы обладают серьезным недостатком: они могут выполнять лишь ограниченный набор логических операций, недостаточный для полноценных вычислений.
Эта проблема универсальности является главным «слабым звеном», которое мешает реализовать весь потенциал кубитов. Неспособность выполнять произвольные алгоритмы делает такие системы узкоспециализированными и неспособными заменить классические суперкомпьютеры в широком спектре задач, от создания лекарств до разработки новых материалов.
Недавно исследователи из США предложили теоретическое решение, введя концепцию новой частицы — Neglecton. Добавление всего одного такого объекта в систему может наделить ее способностью к универсальным вычислениям. Хотя это пока лишь теория, она указывает путь для преодоления ключевого барьера и превращает сложнейшую инженерную задачу, создание стабильных кубитов — в более понятную цель: найти материал, способный вместить в себя как анионы, так и неглектоны.
Ученые из Университета 🇦🇺Сиднея смогли решить одну из главных проблем квантовых вычислений – разместить управляющий чип в непосредственной близости от кубитов при температуре всего 10 милликельвин. Ранее кремниевая логика отказывалась работать при таких низких температурах, из-за чего приходилось размещать ее вне охлажденной области, что приводило к задержкам передачи сигнала и тормозило масштабируемость системы.
Новый квантовый чип никак не влияет на когерентность (возможность кубитов находиться в суперпозиции), при этом он базируется на стандартной CMOS-логике. Управление кубитами ведется при помощи аналоговых компонентов, потребляющих всего 20 нВт/МГц. Общее энергопотребление не превышает 10 мкВт, что позволяет масштабировать систему вплоть до миллионов кубитов. Создание такого чипа – фундаментальный шаг к практическим квантовым вычислениям, которые будут недоступны классическим суперкомпьютерам.
Компания Classiq создала программную платформу, облегчающую программирование квантовых компьютеров, обладающих огромной вычислительной мощностью, необходимой для решения сложных реальных задач.
Основатели (справа налево) израильского стартапа по разработке квантового программного обеспечения Classiq: Нир Минерби, Амир Навех и доктор Йехуда Навех. (Предоставлено Эялем Туэгом)
Израильский стартап по разработке квантового программного обеспечения Classiq Technologies привлек 110 миллионов долларов от инвесторов на фоне обострения глобальной гонки за разработку практичного и полезного программного обеспечения, которое сделает квантовые вычисления более работоспособными и доступными.
Раунд финансирования возглавил глобальный венчурный фонд Entrée Capital, при участии Norwest, NightDragon, Hamilton Lane, Clal, Neva SGR, Phoenix, Team8, IN Venture, Wing, HSBC, Samsung Next и QBeat. На сегодняшний день Classiq привлекла в общей сложности $173 млн капитала от инвесторов.
Основанная в 2020 году генеральным директором Ниром Минерби, техническим директором Йехудой Наве и его сыном CPO Амиром Наве, компания Classiq разработала программную операционную платформу, которая работает со всеми основными типами квантового оборудования. Платформа разработана для того, чтобы помочь специалистам по данным, вычислительным ученым и инженерам работать над квантовыми алгоритмами и создавать программы и приложения с высокопроизводительной вычислительной мощностью, которые обещают ускорить решения самых сложных современных проблем реального мира.
«Мы создаем Microsoft квантовых вычислений — программный слой, который обеспечивает следующее поколение квантовых приложений, так же, как Microsoft сделала это для классических вычислений», — сказал Минерби из Classiq. «Windows от Microsoft упростила использование компьютеров и позволила миллионам людей создавать программное обеспечение, не беспокоясь о машине, на которой они работают».
«Сегодня квантовые вычисления находятся на том же этапе, на котором в свое время находились персональные компьютеры: они мощные, но сложные в использовании... и мы поставляем необходимый программный стек для поддержки разработки реальных квантовых приложений», — добавил он.
Платформа упрощает создание и проектирование сложных квантовых схем и позволяет предприятиям и организациям, не имеющим собственных экспертов по квантовым технологиям, создавать квантовые приложения, способные выполнять сложные вычисления в таких областях, как автомобильная промышленность, автоматизация, финансы и разработка лекарственных препаратов в фармацевтической промышленности.
Программная операционная платформа израильского стартапа Classiq для квантовых приложений. (Предоставлено)
Квантовые вычисления используют квантовую механику и абстрактную физику для выполнения многочисленных вычислений одновременно, чтобы быстро решать проблемы, которые слишком сложны для самых мощных классических компьютеров. Квантовые компьютеры обрабатывают экспоненциально больше данных по сравнению с классическими компьютерами, используя квантовые биты, или кубиты, основную единицу квантовой информации.
Minerbi заявила, что недавно привлеченные средства будут использованы для продвижения глобальной экспансии стартапа в Европу, Азию и Северную Америку, поскольку он стремится стать «стандартной платформой разработки квантовых приложений для промышленности, правительства и академических кругов». Classiq, в которой работают 65 человек, планирует удвоить свой штат в течение следующего года.
Среди его клиентов BMW, Rolls-Royce, Citi, Deloitte, Toshiba, HSBC и Sumitomo. Classiq заключила партнерские соглашения с поставщиками облачных услуг Microsoft Azure Quantum, AWS Braket, Nvidia и Google Quantum Cloud. Кроме того, платформа стартапа интегрирована в учебную программу ведущих университетов и академических учреждений, предлагающих курсы и исследования в области квантовых вычислений, включая MIT в США и UCL в Великобритании.
В прошлом году Classiq был выбран в качестве части первого в стране центра квантовых вычислений (IQCC), финансируемого Управлением инноваций Израиля. Центр был создан в июне, чтобы помочь Израилю конкурировать в глобальной гонке по разработке практических возможностей квантовых вычислений.
Запуск IQCC совпал с тем, что такие страны, как Китай, США, Германия, Индия и Япония, вкладывают огромные средства в развитие своих исключительных квантовых возможностей, соревнуясь за превосходство в том, что обещает стать новой эрой вычислений.
По данным Startup Nation Central, в Израиле зарегистрировано 22 стартапа в области квантовых вычислений. В этом году стартапы в области квантовых вычислений привлекли около 289 миллионов долларов свежего капитала, включая раунд финансирования Classiq и 170 миллионов долларов, предоставленных Quantum Machines. В 2024 году инвестиции в стартапы в области квантовых вычислений в Израиле достигли 82 миллионов долларов, что выше примерно 42 миллионов долларов годом ранее.
Квантовое шифрование - это когда канал невозможно подслушать незаметно. А кубиты, в теории, могут сильно ускорить любые операции перебором. Пока что на уровне топовых классических суперкомпьютеров. Спасибо за информационный мусор, о великий Думающий!
