Я уверен, что мы стоим на пороге новой революции в электронных технологиях. Революции, аналогичной той, которая произошла с изобретением микрочипа. А обеспечат её принципиально новые материалы, которые будут использоваться в микроэлектронике. Давайте же посмотрим, каких успехов добилось мировое материаловедение в последние пару лет.

Сегодняшний выпуск целиком и полностью посвящен квантовым технологиям. Конечно, чисто формально квантовая электроника - это не материаловедение. Но вряд ли кто-то станет утверждать, что нынешние успехи квантовых технологий были бы возможны без прорывов в области материалов.

Прототип уже давно работает?

Сложно сказать, что в этой новости правда, что - вымысел, а что - просто неверная трактовка фактов. Но и пройти мимо тоже нельзя. Итак: представители Лос-Аламосской национальной лаборатории (штат Нью-Мексико), принадлежащей Министерству энергетики США и занимающейся разработкой ядерного оружия, сообщили, что у них уже два с половиной года работает прототип вычислительной сети, основанной на квантовой механике.

До сих пор строительство подобных сетей было затруднительно, так как квантовые системы связи позволяют передавать данные исключительно по одному маршруту - из точки A в точку B, при этом информацию нельзя отправить в точки C, D, E или F. Это следствие основного постулата квантовой механики - определение маршрута потребует чтения фотонов, а это изменит их, то есть, информация будет утрачена.

По словам инженеров из Лос-Аламосской национальной лаборатории, они смогли найти решение, предложив архитектуру квантовой сети с центральным узлом, через который всегда проходит любой сигнал в сети. Сигнал до центрального узла (коммутатора) доходит в виде фотонов, после чего в коммутаторе преобразуется в стандартный электрический сигнал. Далее коммутатор направляет этот сигнал по нужному маршруту, и на выходе из коммутатора сигнал вновь преобразуется в фотоны.

Конечно, такие преобразования несколько замедляют работу системы в целом. Кроме того, главные элемены коммутатора - фотонные детекторы - сложны и громоздки. Однако, как говорит руководитель проекта Ричард Хьюджес, эту проблему им удалось решить, использовав вместо фотонных детекторов намного более компактные лазеры.

Теперь американские ученые занимаются дальнейшим уменьшением всех компонентов квантовой сети. В конечном итоге они должны быть пригодны для того, чтобы их можно было поместить в ПК, роутеры и другие устройства, соединяемые между собой оптоволокном.

Google построит AI на квантовом компьютере

Интернет-корпорация Google совместно с Исследовательским центром Эймса американского космического агентства NASA в Калифорнии организовали лабораторию по квантовым исследованиям в области искусственного интеллекта (AI). Предполагается, что в проекте будут принимать участие исследователи со всего мира под руководством некоммерческой Университетской ассоциации космических исследований (USRA). Официально цель исследователей - "изучение возможностей квантовых вычислений для выполнения задач машинного обучения".

Для вычислений в рамках проекта будет использоваться квантовый компьютер канадской D-Wave Systems - модель D-Wave Two. Его процессор работает с 512 кубитами - квантовыми битами, которые могут находиться в двух состояниях одновременно. Ранее независимая экспертиза, проведя испытания, подтвердила, что квантовая вычислительная машина от D-Wave Systems справляется с поставленными задачами в 3600 раз быстрее, чем обычный компьютер. Правда, некоторые ученые сомневались в том, что разработка D-Wave в самом деле использует квантовые эффекты. Споры о его "квантовости" длились несколько лет.

Китайцы создают фотонную память

Команда ученых из Китая впервые смогла сохранить фотон в определенном квантовом состоянии в течение короткого промежутка времени. Это фактически стало первым шагом на пути к созданию фотонной памяти. Записать данные в единичный фотон сумела группа физиков из Научно-технического университета в Хэфэе во главе с Дун-Шэн Дином. "Мы утверждаем о проведении первого в мире эксперимента по хранению единичного фотона с орбитальным угловым моментом в холодной атомной группе", - заявил Дин.

Записывать данные в единичный фотон удается при помощи орбитального углового момента - меры измерения спиральности фотона. Интересно, что один фотон может содержать более чем один бит информации, поскольку направление и степень его "закрученности" могут быть различными. Теоретически, количество возможных состояний фотона бесконечно, так что объем закодированных в фотоне данных также может быть бесконечным (теоретически, конечно).

По словам Дун-Шэн Дина, его команда придумала следующий способ организации фотонной памяти: создав фотон с определенными свойствами, ученые поместили его в облако атомов рубидия и через 400 наносекунд извлекли его. Извлеченный фотон полностью сохранил свою конфигурацию. Чтобы получить отдельный фотон, требуемый для эксперимента, ученые использовали процесс, названный "спонтанное четырехволновое смешение".

Для квантовой связи пригодны уже существующие коммуникации

Инженеры швейцарской компании ID Quantique (она занимается квантовой криптографией) разработали технологию, позволяющую передавать квантовые ключи по существующим загруженным оптоволоконным каналам. Авторы работы показали, что, используя особую систему фильтрации, квантовую связь можно организовать на базе имеющих загруженных оптических каналов.

Традиционно для передачи квантовых ключей используют специально выделенные оптические каналы. Это связано с тем, что сообщение в ключе кодируется поляризацией отдельных фотонов. Чтобы ее измерить, требуется отсутствие шума от посторонних частиц света в оптоволокне.

Технология фильтрации основана на расчете времени, которое требуется фотону, чтобы преодолеть дистанцию от излучателя до приемника. Зная момент, когда должен появиться фотон, система выделяет на его измерение узкое временное, отбрасывая все частицы, которые в него не укладываются. Ширина такого окна должна быть не более 0,1 наносекунды - это в десять раз меньше, чем нужно для полноценного измерения. Чтобы избежать такого ограничения, ученые проводили одно измерение в узком окне каждую наносекунду, после чего, сравнивая заведомо пустые и полные окна, определяли поляризацию частиц.

Используя эту технологию, инженеры смогли наладить мегабитный канал пересылки квантовых ключей длиной в 90 километров на основе оптоволокна, в котором параллельно шла стандартная передача данных.

В России создается венчурный фонд для квантовых технологий

В России на базе фонда "Сколково" создается венчурный фонд QWave (Quantum Wave Fund). На первом этапе его капитал составит $30 млн, далее эта сумма может вырасти до $100 млн. QWave основали российские и зарубежные предприниматели, в числе которых - основатели Parallels Сергей Белоусов и Илья Зубарев, а также основатель системного интегратора Novolet и бывший гендиректор игорного дома Ritzio Entertainment Group Сергей Кузьмин.

В консультативный совет фонда вошли профессоры физики из разных ВУЗов мира, в том числе директор центра квантовой оптики в Гарварде Джон Дойл. Учредители фонда и сами физики по образованию - Белоусов и Зубарев окончили Московский физико-технический институт, впоследствии став одними из самых успешных IT-предпринимателей в России. С 2010-го они совместно инвестируют в венчурные проекты через фонд Runa Capital.

Как следует из пресс-релиза нового фонда, QWave будет инвестировать в компании на ранней стадии развития; средний размер инвестиций составит $2-10 млн на проект. Кроме чисто денежных вложений фонд также будет предоставлять командам разработчиков разнообразную помощь в производстве, маркетинге и продаже устройств.

Первым проектом, который привлек средства фонда QWave, стали "Фотонные нано-мета технологии" (ФНМТ). Его учредители - те самые основатели Parallels Сергей Белоусов, Илья Зубарев и Сергей Кузьмин, фактически профинансировавшие сами себя. QWave вложит в ФНМТ 10 млн руб., еще 30 млн руб. выделит в виде гранта фонд "Сколково".

Как рассказал журналистам гендиректор ФНМТ Андрей Смолянинов, полученные инвестиции компания потратит на создание генератора одиночных фотонов. Такие генераторы используются в квантовой криптографии: ключи шифрования передаются по защищенной оптоволоконной линии с помощью фотонов. Любая попытка подключиться к линии изменит свойства потока и будет немедленно обнаружена. Похожие генераторы производит сейчас только австралийская Quantum Communications Victoria, но ее аппараты очень громоздки. А инженеры ФНМТ обещают создать чип, который можно будет встраивать в телеком-оборудование. Объем мировых продаж таких устройств оценивается примерно в $100 млн в год, и ФНМТ может рассчитывать на 10-20% этого рынка.

Виктор ДЕМИДОВ