Команда физиков Городского колледжа Нью-Йорка и их сотрудников из Японии и Германии сделала еще один шаг вперед в изучении экситонов - электрически нейтральных квазичастиц, которые существуют в изоляторах, полупроводниках и некоторых жидкостях. Исследователи объявляют о создании «экситонной» проволоки или одномерного канала для экситонов. Это, в свою очередь, может привести к появлению инновационных устройств, могущих однажды решить определенные задачи, которые теперь выполняются с помощью стандартной транзисторной технологии.

Флориан Дирнбергер (Florian Dirnberger), постдоктор исследовательской группы Винода Менона (Vinod Menon) в Центре открытий и инноваций CCNY и один из ведущих авторов исследования, опубликованного в журнале Science Advances, подробно рассказал о прорыве команды. «Нашим главным достижением было создание этих экситонных проводов, по существу одномерных каналов для экситонов, в том, что в остальном материал является двумерным полупроводником, - сказал он. - Поскольку зарядово-нейтральные экситоны не просто управляются внешними напряжениями, нам пришлось полагаться на другой подход. Поместив атомарно тонкий 2D-кристалл поверх микроскопически маленького провода, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, мы создали небольшую удлиненную вмятину в двумерном материале, слегка раздвигающей атомы в двумерном кристалле и вызывающей деформацию в материале. Для экситонов эта вмятина очень похожа на трубу для воды, и, попав внутрь, они вынуждены двигаться вдоль трубы, осуществляя квазиодномерную транспортировку экситонов».
Это достижение открывает возможности для новых устройств.
«Управление движением экситонов на наномасштабе - важный шаг в направлении развития экситонных устройств, - отметил Дирнбергер. - Платформы на основе двумерных полупроводниковых дихалькогенидов переходных металлов предлагают новый интересный подход, называемый стрейнтроникой» (straintronics).

Возможные результаты включают инновационные устройства на основе экситонов, которые работают при комнатной температуре и могут заменить определенные задачи, выполняемые современной транзисторной технологией.

Топография двумерного кристалла поверх микроскопически маленькой проволоки, обозначенной пунктирными линиями. Экситоны свободно движутся по вмятине, образованной проволокой, но не могут покинуть ее в перпендикулярном направлении 
 

Компания Toshiba Europe Ltd разработала первую в мире систему квантового распределения ключей (QKD), основанную на фотонных чипах.

Чипы, основанные на стандартной технологии обработки полупроводников, являются основой массового производства технологий квантовой безопасности, что позволяет применять их в гораздо более широком диапазоне сценариев, включая Интернет вещей (IoT), сообщает Toshiba.

Части технологии были разработаны в рамках проекта AQuaSeC в Великобритании вместе с BT, где у Toshiba есть ключевые развертывания квантовых сетей, и KETS Quantum Technology, дочерней компанией Бристольского университета, которая также разработала фотонно-квантовые QKD-чипы.

Полный прототип QKD является первым с квантовыми фотонными чипами с различными функциями. Случайные биты для подготовки и измерения кубитов производятся в чипах квантового генератора случайных чисел (QRNG) и преобразуются в реальном времени в высокоскоростные шаблоны модуляции для QKD для передатчика (QTx) и приемника (QRx) на чипе с использованием программируемых вентильных матриц (FPGA).

«Мы наблюдаем с фотонными интегральными схемами (PIC) революцию, аналогичную той, которая произошла с электронными схемами. PIC постоянно обслуживают все более и более разнообразные приложения», - сказал Таофик Параисо (Taofiq Paraiso), ведущий автор статьи в Nature Photonics, описывающей систему QKD в масштабе чипа. - Конечно, требования к квантовым PIC более строгие, чем для обычных приложений, но эта работа показывает, что полностью развертываемая система QKD на основе микросхем теперь достижима, что знаменует конец важной проблемы для квантовых технологий. Это открывает широкий спектр перспектив для развертывания компактных квантовых устройств с функцией plug-and-play, которые, безусловно, сильно повлияют на наше общество».

Фотоны обнаруживаются с помощью быстродействующих детекторов одиночных фотонов. Просеивание, оценка статистики фотонов, временная синхронизация и фазовая стабилизация выполняются через оптический канал со скоростью 10 Гбит/с между ядрами FPGA, что обеспечивает автономную работу в течение продолжительных периодов времени. В рамках демонстрации система чипа QKD была сопряжена с коммерческим шифровальщиком, что позволило обеспечить безопасную передачу данных со скоростью до 100 Гбит/с.

Блоки QKD собраны в корпусах высотой 1U для монтажа в стойку. Чипы QRx и QTx упакованы в модули C-form-factor-pluggable-2 (CFP2), чтобы обеспечить прямую совместимость системы с последующими поколениями микросхем QKD, что делает ее легко модернизируемой. Стандартные сменные модули малого форм-фактора (SFP) 10 Гбит/с используются для каналов связи общего пользования.

QKD удовлетворяет спрос на криптографию, которая будет защищена от атак квантовых компьютеров. Доказано из первых принципов, что протоколы, используемые для квантовой криптографии, могут быть безопасными и не будут уязвимы для атак квантового компьютера или любого другого компьютера в будущем.

Ожидается, что рынок QKD вырастет примерно до 20 миллиардов долларов во всем мире в FY2035, и Toshiba уже создала бизнес в Кембридже по производству систем QKD на основе дискретных оптических компонентов. Крупные оптоволоконные сети с квантовой защитой в настоящее время строятся в Европе и Юго-Восточной Азии, и есть планы по запуску спутников, которые могут расширить сети до глобального масштаба, а Toshiba внедрила квантовые сети метро и оптоволоконные магистрали большой протяженности в Великобритании, Европе, США и Японии.

Чипы квантового передатчика, разработанные Toshiba, имеют размеры всего 2x6 мм, что позволяет одновременно производить несколько сотен чипов на пластине.

«Фотонная интеграция позволит нам производить устройства квантовой безопасности в больших количествах с высокой воспроизводимостью. Это позволит производить квантовые продукты в меньшем форм-факторе и впоследствии позволит развернуть QKD в большей части телекоммуникационной и передачи данных», - сказал Эндрю Шилдс (Andrew Shields), глава отдела квантовых технологий в Toshiba Europe.

Таро Шимада (Taro Shimada), старший вице-президент и директор по цифровым технологиям Toshiba Corporation, комментирует: «Toshiba инвестирует в исследования и разработки квантовых технологий в Великобритании более двух десятилетий. Это последнее достижение очень важно, так как оно позволит нам производить и поставлять QKD в гораздо больших количествах. Это важная веха на пути к нашему видению построения платформы для квантово-безопасной связи, основанной на повсеместных квантовых устройствах безопасности».

Toshiba заявляет о первой в мире системе QKD для сетей и Интернета вещей, основанной на дискретном квантовом передатчике, приемнике и фотонных чипах для генерации случайных чисел

Облачные вычисления становятся центральной частью бизнес-операций, однако возникает риск привязки к поставщику. Здесь решением может быть гибридное облако.

Для достижения цифровой трансформации компании активно вкладывают средства в облачные вычисления. Однако очевидно, что передача критически важных рабочих нагрузок только одному облачному провайдеру сопряжена с определенным риском. Стремление его снизить постепенно приводит к преобладанию гибридных облачных архитектур. Такую тенденцию подтвердило новое исследование IBM.

Опросив 7200 руководителей из 28 отраслей и 47 стран, IBM обнаружила, что лишь 3% лиц, принимающих решения, используют в 2021 г. только одно частное или общедоступное облако по сравнению с 29% в 2019 г. В определенных отраслях, таких как электроника, производство или телекоммуникации, число даже падает до 1%.

С другой стороны, доля респондентов, которые используют сочетание нескольких частных и публичных облаков, выросла с 44% до 59%. Эта тенденция в дальнейшем может сделать гибридное облако и мультиоблачность самой популярной ИТ-архитектурой для предоставления облачных услуг, в то время как подход одного поставщика постепенно исчезает.

Исследование IBM показывает, что кризис в области здравоохранения ускорил цифровую трансформацию в 59% опрошенных организаций, при этом облачные вычисления находятся в центре инфраструктуры, необходимой для перспективных предприятий. Эта технология служила для достижения самых разных целей: от оцифровки существующих продуктов и услуг до улучшения качества обслуживания клиентов и снижения рисков безопасности.

Но по мере того, как компании начинают передавать ключевые процессы в облако, они сталкиваются с тем, что количество провайдеров облачных услуг ограничено. В частности, рынок разделен между горсткой крупных технологических игроков, при этом на долю пяти крупнейших поставщиков приходится 80% доли. Например, Amazon AWS владеет 41% рынка, а доля Microsoft Azure составляет почти 20%.

Крупные гипермасштабируемые облака обладают значительными преимуществами, но они также мотивируют привязку к поставщику, рассматриваемый компаниями как риск. Почти 69% респондентов считают, что привязка к поставщику является значительным препятствием для повышения эффективности бизнеса в большинстве областей их облачной среды.

Опасность передачи процессов на аутсорсинг небольшому количеству внешних компаний является еще более острой для организаций, выполняющих критические операции, например, банков. Это заставило экспертов предостерегать компании от использования единого облачного провайдера.

Чтобы избежать привязки к поставщику, необходимо ориентироваться на мультиоблака или гибридные облака. Но хотя исследование IBM показывает, что организации сейчас явно переходят на использование различных облачных провайдеров, этот процесс еще не достаточно гладкий.

Функциональная совместимость между поставщиками облачных услуг фактически все еще находится в стадии разработки, что может препятствовать операциям, выполняемыми несколькими поставщиками в рамках одного предприятия. Например, правила управления и соответствия могут варьироваться от одного поставщика к другому, как и стандарты безопасности, а это означает, что сложные облачные инфраструктуры могут создавать уязвимости, используемые киберпреступниками.

Показательно, что в таких секторах, как финансы, 80% респондентов назвали инструменты управления и соответствия, которые могут работать в нескольких облаках, важными для успеха цифровой инициативы. Еще 80% опрошенных руководителей заявили, что безопасность данных, встроенная в облачную архитектуру, является ключом к успешному цифровому проекту.

По мере роста внедрения облачных технологий проблема взаимодействия, вероятно, станет ключевым приоритетом для лиц, принимающих решения. Опрос IBM уже показал, что для большинства респондентов (79%) полная переносимость рабочих нагрузок без привязки к поставщику чрезвычайно важна для достижения целей цифровой трансформации.

Таким образом, общие и открытые стандарты для облачных провайдеров являются ключом к успеху стратегии мультиоблака или гибридного облака, так что становится возможным соединять системы независимо от базовой технологии.

По данным IBM, гибридное облако и мультиоблако - самые популярные ИТ-архитектуры для предоставления облачных услуг

Потребители должны быть уверены, что транзакции, которые они совершают в Интернете, безопасны и надежны. Основным методом защиты транзакций клиентов и другой информации является шифрование, при котором жизненно важная информация кодируется с помощью ключа с использованием сложных математических задач, которые трудно решить даже для компьютеров.

Но даже это может оказаться недостаточным: зашифрованная информация может быть декодирована будущими квантовыми компьютерами, которые будут пробовать одновременно несколько ключей и быстро находить нужный.

Чтобы подготовиться к этой возможности в будущем, исследователи работают над созданием кодов, которые не могут быть взломаны квантовыми компьютерами. Эти коды полагаются на распределение одиночных фотонов, которые имеют квантовый характер, исключительно между сторонами, которые хотят общаться. Новые квантовые коды требуют, чтобы эти фотоны имели одинаковый цвет, поэтому их невозможно будет отличить друг от друга, а полученные устройства, сети и системы образуют основу будущего «квантового Интернета».

Исследователи из Университета Айовы изучали свойства фотонов, испускаемых твердыми телами, и теперь могут предсказать, насколько резким может быть цвет каждого испускаемого фотона. В новом исследовании ученые теоретически описывают, сколько из этих неотличимых фотонов можно одновременно отправить по оптоволоконному кабелю для установления защищенной связи и как быстро эти квантовые коды могут отправлять информацию.

«До сих пор не было хорошо обоснованного количественного описания шума в цвете света, излучаемого этими кубитами, а также шума, ведущего к потере квантовой когерентности в самих кубитах, что важно для вычислений, - говорит Майкл Флатте (Michael Flatté), профессор кафедры физики и астрономии и автор исследования. - Данная работа обеспечивает это». 

При поддержке Qualcomm Technologies компания Rohde & Schwarz проверила производительность сквозных (E2E) каналов для IP-данных со скоростью 10 Гбит/с, используя свою платформу CMX500 тестера радиосвязи 5G. Установка была оснащена Snapdragon X65, первой системой модем—RF - 3GPP Release 16 с антенным модулем Qualcomm QTM545 mmWave.

Компания Rohde & Schwarz достигла значительных результатов на основе моделирования сети нового радио с двойным подключением 5G (NR-DC) 3GPP Release 16, проведенного с помощью тестера радиосвязи CMX500 5G. При моделировании одновременно были подключены две группы ячеек, одна из которых использовала спектр в диапазоне частот 1 (FR1), а другая - в диапазоне частот 2 (FR2; mmWave). Несущая FR1 охватывает всю полосу пропускания 100 МГц с использованием конфигурации антенны с модуляцией MIMO 4x4 и 256QAM. Восемь дополнительных компонентных несущих объединены в FR2 с использованием модуляции MIMO 2x2 и 256QAM.

Демонстрация охватила несколько тестовых примеров, которые подтвердили высокую пропускную способность данных в нисходящем канале по IP-уровню с использованием различных режимов конфигурации нижних уровней стека протоколов 5G, таких как управление радиоканалом (RLC) в режиме без подтверждения (UM) и режиме с подтверждением (AM). Эти режимы конфигурации позволили передавать реальные IP-данные по каналу беспроводной связи, что сделало это первым случаем, когда реальные данные IP Е2Е были использованы в производительности такого рода. Раньше пропускная способность просто проверялась на стеке протоколов 5G нижнего уровня модема. Это открывает новую эру производительности данных 5G, которая в конечном итоге позволит такие варианты использования eMBB, как потоковое видео 4K и 8K или приложения дополненной реальности.

Кристоф Пойнтнер (Christoph Pointner), старший вице-президент по тестированию мобильных радиоустройств в Rohde & Schwarz, сказал: «Лидирующая позиция Qualcomm Technologies в области современной архитектуры модемов помогла нам проверить возможности нашего оборудования. Тестируя CMX500 на реальных модемах, мы достигли нового рубежа в пропускной способности IP-данных. Пропускная способность 10 Гбит/с открывают путь для широко обсуждаемых функций 5G, которых уже ждут конечные пользователи».

CMX500 подтвердил скорость передачи IP-данных E2E 10 Гбит / с в сочетании с экранирующим кубом CMQ500 с минимальной занимаемой площадью.

Этот прорыв в производительности данных 5G в конечном итоге приведет к использованию eMBB, таких как потоковое видео 4K и 8K или приложения дополненной реальности

Цифровая инфраструктура охватывает вычислительные ресурсы, хранилище, сеть, программное обеспечение инфраструктуры, включая виртуализацию, контейнеры и автоматизацию, аналитику ИИ/МО, а также ПО для обеспечения безопасности и облачные сервисы, необходимые для поддержки и оптимизации как устаревших, так и современных приложений и данных.

В ближайшие годы организации будут развертывать, эксплуатировать и масштабировать цифровую инфраструктуру, чтобы обеспечить постоянную безопасность, производительность и соответствие всем ресурсам, независимо от того, где и как они развернуты. Эти организации будут инвестировать в более интеллектуальные, автономные операции и воспользуются преимуществами гибкого потребления и стратегических партнерских отношений с поставщиками, чтобы бизнес и его цифровая инфраструктура могли продолжать работать в условиях широкого спектра неожиданных сценариев - социальных, геополитических, экономических, климатических или связанных с бизнесом.

Прогнозы IDC на 2022 год относительно будущего цифровой инфраструктуры определяют критические сдвиги в управлении, операциях, архитектуре и источниках ресурсов, которые необходимо учитывать в будущих стратегиях цифровой трансформации предприятия».

Вот 10 основных прогнозов из отчета Worldwide Future of Digital Infrastructure 2022.

- К 2023 году лидеры G2000 будут отдавать приоритет бизнес-целям, а не выбору инфраструктуры, развертывая 50% новых стратегических рабочих нагрузок с использованием API-интерфейсов конкретных поставщиков, которые повышают ценность, но снижают переносимость рабочих нагрузок.

- В 2023 году более 80% G2000 будут ссылаться на устойчивость бизнеса для обеспечения поддающейся проверке целостности цепочки поставок инфраструктуры в качестве обязательного и не подлежащего обсуждению критерия оценки поставщиков.

- К 2023 году большинство руководителей высшего звена будут внедрять критически важные для бизнеса ключевые показатели эффективности, связанные с доступностью, восстановлением и управлением данными, поскольку растущий уровень кибератак подвергнет риску масштаб данных.

- К 2024 году 75% запросов предложений на цифровую инфраструктуру G2000 потребуют от поставщиков подтверждения прогресса в реализации инициатив ESG/устойчивости с помощью данных, поскольку ИТ-директора полагаются на поставщиков инфраструктуры для достижения целей ESG.

- К 2024 году из-за резкого увеличения количества периферийных данных 65% G2000 будут включать управление данными, безопасность и сетевые методы, ориентированные на периферию, в планы защиты данных, чтобы интегрировать периферийные данные в соответствующие процессы.

- К 2025 году 6-кратный взрыв рабочих нагрузок с высокой степенью зависимости приведет к тому, что 65% фирм G2000 будут использовать согласованные структуры управления архитектурой для обеспечения отчетности и аудита своей инфраструктуры.

- К 2025 году 60% предприятий будут финансировать бизнес-проекты и ИТ-проекты через бюджеты OPEX, согласовывая то, как поставщики предоставляют свои услуги, с акцентом на результаты, определяемые SLA и KPI.

- К 2025 году 70% компаний будут инвестировать в альтернативные вычислительные технологии для стимуляции дифференциации бизнеса за счет сокращения времени понимания ценности аналитических данных в сложных наборах данных.

- К 2026 году 90% ИТ-директоров G2000 будут использовать решения AIOps для принятия решений по автоматическому исправлению и размещению рабочих нагрузок, которые включают показатели затрат и производительности, повышая отказоустойчивость и гибкость.

- К 2026 году компании среднего размера переведут 65% расходов на инфраструктуру с традиционных каналов на доверенных консультантов, более ориентированных на приложения.

От Интернета до оптоволоконной или спутниковой связи и медицинской диагностики - наша повседневная жизнь зависит от оптических технологий. Эти технологии используют источники оптических импульсов для передачи, извлечения или вычисления информации. Таким образом, получение контроля над формами оптических импульсов открывает путь для дальнейшего прогресса.

Аспирант Беннет Фишер (Bennet Fischer) и доктор наук Марио Хемниц (Mario Chemnitz) в команде профессора Роберто Морандотти (Roberto Morandotti) из Национального института научных исследований (INRS) разработали интеллектуальный формирователь импульсов, встроенный в чип. Выход устройства может автономно настраиваться на заданную пользователем целевую форму волны с поразительно низкими техническими и вычислительными требованиями.

В идеале, генератор оптических сигналов должен автономно выводить целевую форму волны для удобства пользователя, минимизировать экспериментальные требования для управления системой и считывания формы волны, чтобы упростить онлайн-мониторинг. Он также должен отличаться долговременной надежностью, низкими потерями, возможностью подключения по оптоволокну и максимальной функциональностью.

Среди прочего, практические недостатки, такие как точность отдельных устройств, ухудшают характеристики, которые изначально были разработаны или смоделированы. «Мы находим, что эволюционная оптимизация может помочь в преодолении присущих конструктивным ограничениям систем на кристалле и, следовательно, поднять их производительность и реконфигурируемость на новый уровень», - говорит д-р Хемниц.

Команда смогла создать это устройство вместе с недавним появлением концепций машинного обучения в фотонике, которые обещают беспрецедентные возможности и производительность системы. Сообщество оптики стремится узнать о новых методах и реализациях интеллектуальных устройств. В своей работе мы представляем взаимосвязанный набор методов машинного обучения, которые имеют большое значение как для технического, так и для академического оптического сообщества.

Исследователи использовали алгоритмы эволюционной оптимизации в качестве ключевого инструмента для перепрофилирования программируемого фотонного чипа за пределы его первоначального использования. Эволюционные алгоритмы - это компьютерные программы, вдохновленные природой, которые позволяют эффективно оптимизировать многопараметрические системы при значительном сокращении вычислительных ресурсов. Это новаторское исследование было опубликовано в журнале Optica.

Следующие шаги команды включают исследование более сложных конструкций микросхем. Целью является повышение производительности устройства, а также интеграция на кристалле оптической выборки (схема обнаружения). По срокам они могли бы предоставить единое компактное устройство, готовое к использованию.

Интеллектуальный формирователь импульсов может автономно настраивать выходной сигнал в соответствии с заданной пользователем целевой формой волны

Новый электронный компонент от TU Wien (Вена) может стать важным ключом к эре квантовых информационных технологий: с помощью специального производственного процесса чистый германий связывается с алюминием таким образом, что создаются атомарно четкие интерфейсы. Это приводит к так называемой монолитной гетероструктуре металл-полупроводник-металл.

Эта структура демонстрирует уникальные эффекты, которые особенно заметны при низких температурах. Алюминий становится сверхпроводящим. Это свойство также передается соседнему германиевому полупроводнику, и им можно специально управлять с помощью электрических полей. Это делает его превосходно подходящим для сложных приложений в квантовой технологии, таких как обработка квантовых битов. Особое преимущество состоит в том, что при таком подходе нет необходимости разрабатывать совершенно новые технологии производства. Вместо этого для создания квантовой электроники на основе германия можно использовать хорошо зарекомендовавшие себя технологии изготовления полупроводников. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.

Ключевым моментом является температура: когда германий и алюминий нанометровой структуры контактируют и нагреваются, атомы обоих материалов начинают диффундировать в соседний материал, но в очень разной степени: атомы германия быстро перемещаются в алюминий, тогда как алюминий практически не диффундирует в германий. «Таким образом, если вы подключите два алюминиевых контакта к тонкой германиевой нанопроволоке и поднимите температуру до 350 градусов по Цельсию, атомы германия диффундируют за край нанопроволоки. Это создает пустые пространства, в которые алюминий может легко проникнуть, - объясняет Масиар. Систани. - В конце концов, только область в несколько нанометров в середине нанопроволоки состоит из германия, остальная часть заполнена алюминием».

Обычно алюминий состоит из крошечных кристаллических зерен, но этот новый метод изготовления формирует идеальный монокристалл, в котором атомы алюминия расположены в однородном узоре. Как можно увидеть под просвечивающим электронным микроскопом, между германием и алюминием образуется идеально чистый и атомарно резкий переход без неупорядоченной области между ними. В отличие от традиционных методов, в которых электрические контакты прикладываются к полупроводнику, например, путем испарения металла, в пограничном слое не могут образовываться оксиды.

Оказалось, что новая структура действительно обладает весьма замечательными свойствами: «Мы не только впервые смогли продемонстрировать сверхпроводимость в чистом нелегированном германии, мы также смогли показать, что эта структура может переключаться между совершенно разными рабочими состояниями с помощью электрического поля. Такое устройство с германиевыми квантовыми точками может быть не только сверхпроводящим, но и полностью изолирующим, или оно может вести себя как джозефсоновский транзистор, важный базовый элемент квантовых электронных схем», - объясняет Масиар Систани.

Эта новая гетероструктура сочетает в себе целый ряд преимуществ: структура обладает превосходными физическими свойствами, необходимыми для квантовых технологий, такими как высокая подвижность носителей и отличная управляемость электрическими полями, а также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что она хорошо сочетается с уже устоявшимися технологиями микроэлектроники: германий является уже используемым в современных архитектурах микросхем, а температуры, необходимые для формирования гетероструктуры, совместимы с хорошо зарекомендовавшими себя схемами обработки полупроводников. Новые структуры не только обладают интересными с теоретической точки зрения квантовыми свойствами, но также открывают технологически очень реалистичную возможность создания новых и энергосберегающих устройств.

Масиар Систани в чистой комнате

Квантовые компьютеры выходят за стены лабораторий и занимают прочные позиции в науке и промышленности, в частности, в метеорологии и фармакологии. Ожидается, что они снимут многие ограничения, налагаемые их классическими собратьями.

Аналитики полагают, что в следующих восьми областях использование квантовых компьютеров даст наиболее ощутимый эффект.

Открытие новых лекарств. Для открытия новых лекарств активно используют молекулярное моделирование. Зная, как взаимодействуют атомы внутри молекулы, можно попытаться создать конфигурацию, способную бороться с данной болезнью. Однако моделирование молекулы, состоящей всего из 70 атомов, займет у классического компьютера до 13 млрд. лет. Квантовые компьютеры могут однажды решить проблему молекулярного моделирования за считанные минуты. Таким образом, жизненно важные лекарства, которые в настоящее время выходят на рынок в среднем через 10 лет, можно было бы разрабатывать быстрее и намного экономичнее.

Усовершенствование аккумуляторов. Аккумуляторы уже получили широкое распространение, и их роль будет только расти. Но они далеки от совершенства: их емкость по-прежнему недостаточна, как и скорость зарядки, а это означает, что они не всегда подходят. Одно из решений - поиск новых материалов с лучшими свойствами для изготовления аккумуляторов. Это еще одна проблема молекулярного моделирования. Это еще одна задача, требующая большого объема данных, с которой лучше справляется квантовый компьютер.

Более точный прогноз погоды. Как правило, для прогноза погоды используются самые мощные суперкомпьютеры, однако он все еще может оказаться неточным, особенно долгосрочный. Это связано с тем, что традиционные компьютеры неспособны обработать тот огромный объем данных, необходимых для точного прогноза.

Квантовые же компьютеры могут моделировать, как бесчисленные факторы окружающей среды объединяются, чтобы создать сильный шторм, ураган или волны тепла. Это может помочь лучше подготовиться к стихийным бедствиям, а также поддержать исследования по изменению климата.

Повышения эффективности банковских операций. Однако квантовые компьютеры используются не только в науке и технике, но и на рынках ценных бумаг.
JP Morgan, Goldman Sachs и Wells Fargo активно исследуют потенциал квантовых компьютеров для повышения эффективности банковских операций. Есть несколько способов, с помощью которых технология может поддерживать деятельность банков, но один из них, который уже выглядит многообещающе, - это применение квантовых вычислений к процедуре, известной как моделирование Монте-Карло. Согласно исследованию, проведенному Goldman Sachs совместно с компанией QC Ware, беспрецедентные вычислительные возможности квантовых компьютеров могут ускорить вычисления методом Монте-Карло до 1000 раз.

Обработка естественных языков. Еще одной областью эффективного применения квантовых компьютеров является обработка естественных языков (NLP). На протяжении десятилетий исследователи пытались научить классические компьютеры связывать значение со словами, чтобы попытаться понять смысл целых предложений. Это огромная проблема, учитывая природу языка, который функционирует как интерактивная сеть: вместо того, чтобы быть «суммой» значений каждого отдельного слова, предложение часто нужно интерпретировать как единое целое. И это еще до того, как попытаться объяснить сарказм, юмор или подтекст.

В результате даже самые современные классические алгоритмы обработки естественного языка все еще не могут понять смысл основных предложений. Но исследователи изучают, могут ли квантовые компьютеры лучше подходить для представления языка в виде сети и, следовательно, для его обработки более интуитивно понятным способом. Эта область известна как квантовая обработка естественного языка (QNLP). Компания Cambridge Quantum Computing (CQC) уже экспериментально показала, что предложения можно параметризовать в квантовых схемах, где значения слов могут быть встроены в соответствии с грамматической структурой предложения. Недавно CQC выпустила программный инструментарий для QNLP - lambeq, который может преобразовывать предложения в квантовую схему.

Проблема коммивояжера. Обратимся теперь к такой классической задаче, как проблема коммивояжера. Продавцу дается список городов, которые ему нужно посетить, а также расстояние между каждым из них, и он должен найти маршрут, который сэкономит больше времени в пути и будет стоить меньше денег. Как бы просто это ни звучало, с «проблемой коммивояжера» сталкиваются многие компании, пытаясь оптимизировать свои цепочки поставок или маршруты доставки.

С каждым новым городом, добавляемым в список продавцов, количество возможных маршрутов увеличивается. Классический компьютер должен оценивать каждый вариант последовательно. Способность квантовых компьютеров выполнять несколько вычислений одновременно означает, что они могут проходить все различные маршруты в паре, что позволяет им находить наиболее оптимальное решение намного быстрее.

Оптимизация трафика. Большое значение для сглаживания потока транспортных средств и предотвращения заторов на оживленных перекрестках может иметь оптимизация времени переключения светофоров в городах, чтобы они могли адаптироваться к количеству ожидающих транспортных средств или времени суток. Это еще одна проблема, с которой тяжело справляются классические компьютеры. Но, как и в случае с задачей коммивояжера, квантовые компьютеры могут одновременно оценивать разные сценарии, достигая наиболее оптимального результата намного быстрее.

Наконец, защита чувствительных данных с помощью шифрования. Современная криптография полагается на ключи, которые генерируются алгоритмами для шифрования данных, а это означает, что только стороны, которым предоставлен доступ к ключу, имеют средства для дешифрования сообщения. Таким образом, существует риск двойного характера: хакеры могут либо перехватить криптографический ключ, чтобы расшифровать данные, либо они могут использовать мощные компьютеры, чтобы попытаться его сгенерировать. Один из способов усилить ключи - сделать их полностью случайными и нелогичными - другими словами, чтобы их невозможно было угадать математически. В то же время, случайность является фундаментальной частью квантового поведения. Такое поведение можно использовать для определения ключей шифрования, которые невозможно получить обратным инжинирингом даже с помощью самого мощного суперкомпьютера.

От моделирования новых и более эффективных материалов до более точного прогнозирования изменений фондового рынка - полезность квантовых вычислений для бизнеса потенциально огромна

PICMG объявила о ратификации спецификации IoT.1, определяющей стандарт связи между датчиками/эффекторами и локальными контроллерами IoT, такими как модули адаптеров микродатчиков (microSAM), уже указанные в спецификации IoT.0.

Спецификация IoT.1 определяет интерфейс встроенного ПО и низкоуровневую модель данных, которая обеспечивает независимую от производителя конфигурацию интеллектуальных датчиков и эффекторов, а также возможность взаимодействия по принципу plug-and-play с более высокими уровнями инсталляции. IIoT.1 поддерживает как распознавание, так и профилированное управление движением, необходимое для большинства новых приложений Индустрии 4.0.

Спецификация IoT.1 - это первый рабочий продукт PICMG, основанный на сотрудничестве с организацией DMTF. Спецификация PICMG IoT.1 использует и расширяет спецификацию модели данных на уровне платформы (PLDM) от Целевой группы распределенного управления (DMTF), чтобы удовлетворить потребности промышленной автоматизации и контроля. PLDM - это система обмена сообщениями низкого уровня, которая поддерживает топологии, события и обнаружение и работает на различных шинах системного уровня, таких как I2C/SMBus и PCIeVDM (сообщение, определяемое поставщиком) через MCTP (Management Component Transport Protocol), а также RBT (RMII-Based Transport or Reduced Media Independent Interface Based Transport) через NC-SI (Network Controller Sideband Interface).

IoT.1 был разработан для того, чтобы принести пользу отрасли четырьмя конкретными способами:
• позволить поставщикам датчиков создавать интеллектуальные датчики без необходимости производства схем управления и/или ПО, приобретая эти компоненты у поставщиков, совместимых с PICMG;
• дать возможность поставщикам контроллеров, которые хотят создавать интеллектуальные датчики или компоненты интеллектуальных датчиков, делать это таким образом, чтобы они были совместимы с другими поставщиками;
• позволить интеграторам датчиков/эффекторов интегрировать датчики/эффекторы от нескольких поставщиков с контроллерами от нескольких поставщиков;
• ускорить внедрение технологии интеллектуальных датчиков за счет открытых спецификаций и взаимодействия.

В сочетании с сетевой архитектурой и моделью данных в области датчиков PICMG датчики, подключенные к MicroSAM (PICMG IoT.0) или другим модулям контроллеров, будут легко интегрироваться с сетью с возможностью взаимодействия по принципу plug-and-play.

«Ничего подобного раньше в Industrial IoT не делалось - IoT.1 обеспечивает истинную совместимость plug-and-play с различными поставщиками в области датчиков/эффекторов с гибкими решениями на основе открытых стандартов», - сказал Дуг Сэнди (Doug Sandy), технический директор PICMG.

Определяет интерфейс встроенного ПО и низкоуровневую модель данных, которая обеспечивает независимую от поставщика настройку интеллектуальных датчиков и эффекторов Интернета вещей