В настоящее время квантовые компьютеры сложны в сборке, масштабировании и требуют для работы более низких температур, чем межзвездное пространство. Эти проблемы побудили исследователей изучить квантовые компьютеры, которые работают с использованием фотонов. Фотоны могут легко переносить информацию из одного места в другое, а фотонные квантовые компьютеры могут работать при комнатной температуре, поэтому этот подход является многообещающим. Однако, хотя люди успешно создали отдельные квантовые «логические вентили» для фотонов, построить большое количество вентилей и надежно соединить их для выполнения сложных вычислений непросто.

Согласно статье, опубликованной в Optica, исследователи Стэнфордского университета предложили более простую конструкцию фотонных квантовых компьютеров с использованием легко доступных компонентов. В их предлагаемой конструкции используется лазер для управления одиночным атомом, который, в свою очередь, может изменять состояние фотонов с помощью явления, называемого «квантовой телепортацией». Атом можно сбросить и повторно использовать для многих квантовых вентилей, устраняя необходимость в создании нескольких отдельных физических вентилей, что значительно снижает сложность построения квантового компьютера.

«Обычно, если вы хотите построить такой тип квантового компьютера, вам придется взять потенциально тысячи квантовых излучателей, сделать их все совершенно неразличимыми, а затем объединить их в гигантскую фотонную схему, - сказал кандидат наук и ведущий автор статьи Бен Бартлетт (Ben Bartlett). - Принимая во внимание, что с этим дизайном нам понадобится всего несколько относительно простых компонентов, размер машины не увеличивается с размером квантовой программы, которую вы хотите запустить».

Эта удивительно простая конструкция требует всего нескольких единиц оборудования: оптоволоконный кабель, лучерасщепитель, пара оптических переключателей и оптический резонатор - компоненты, которые уже существуют и имеются в продаже.

«То, что мы предлагаем здесь, основано на усилиях и инвестициях, которые были вложены в улучшение этих компонентов, - сказал Шанхуэй Фань (Shanhui Fan), профессор Школы инженерии Джозефа и Хон Май Гудмана и старший автор статьи. - Это не новые компоненты специально для квантовых вычислений».

Инновационный дизайн требует всего нескольких единиц имеющегося в продаже оборудования - оптоволоконный кабель, лучерасщепитель, пара оптических переключателей и оптический резонатор

Квантовые вычисления делают новый шаг вперед благодаря исследованиям, проведенным в сотрудничестве между Университетом Хельсинки, Университетом Аалто, Университетом Турку и IBM Research Europe-Zurich. Команда ученых предложила схему сокращения количества вычислений, необходимых для считывания данных, хранящихся в форме квантового состоянии квантового процессора. Это, в свою очередь, сделает квантовые компьютеры более эффективными, быстрыми и, в конечном итоге, более устойчивыми.

Квантовые компьютеры обладают потенциалом для решения важных проблем, которые недоступны даже для самых мощных суперкомпьютеров, но они требуют совершенно нового способа программирования и создания алгоритмов.

Университеты и крупные технологические компании возглавляют исследования по разработке этих новых алгоритмов. В ходе недавнего сотрудничества между университетом Хельсинки, университетом Аалто, университетом Турку и IBM Research Europe-Zurich группа исследователей разработала новый метод ускорения вычислений на квантовых компьютерах. Результаты опубликованы в журнале PRX Quantum Американского физического общества.

«В отличие от классических компьютеров, которые используют биты для хранения единиц и нулей, информация хранится в кубитах квантового процессора в форме квантового состояния или волновой функции», - говорит доктор наук Гильермо Гарсиа-Перес (Guillermo García-Pérez) с физического факультета Университета Хельсинки, первый автор статьи.

Таким образом, для считывания данных с квантовых компьютеров требуются специальные процедуры. Квантовые алгоритмы также требуют набора входных данных, представленных, например, в виде действительных чисел, и списка операций, которые необходимо выполнить с некоторым эталонным начальным состоянием.

«Используемое квантовое состояние фактически невозможно восстановить на обычных компьютерах, поэтому полезные идеи должны быть получены путем выполнения конкретных наблюдений (которые квантовые физики называют измерениями)», - говорит д-р Гарсиа-Перес.

Проблема заключается в том, что для многих популярных приложений квантовых компьютеров требуется большое количество измерений (например, так называемый вариационный квантовый вычислитель, который можно использовать для преодоления важных ограничений в изучении химии, например, при открытии лекарств). Известно, что количество требуемых вычислений очень быстро растет вместе с размером системы, которую нужно моделировать, даже если требуется лишь частичная информация. Это затрудняет масштабирование процесса, замедляет вычисления и потребляет много вычислительных ресурсов.

Метод, предложенный д-ром Гарсиа-Пересом и соавторами, использует обобщенный класс квантовых измерений, которые адаптируются на протяжении всего процесса вычисления, чтобы эффективно извлекать информацию, хранящуюся в квантовом состоянии. Это резко снижает количество итераций и, следовательно, время и вычислительные затраты, необходимые для получения высокоточного моделирования.

Метод может повторно использовать предыдущие результаты измерений и изменять свои собственные настройки. Последующие прогоны становятся все более точными, а собранные данные можно повторно использовать снова и снова для расчета других свойств системы без дополнительных затрат.

«Мы максимально используем каждую выборку, комбинируя все полученные данные. В то же время мы настраиваем измерения для получения высокоточных оценок исследуемой величины, например энергии интересующей молекулы. Объединив эти ингредиенты, мы можем сократить ожидаемое время работы на несколько порядков», - говорит Гарсиа-Перес.

Команда исследователей предлагает схему сокращения количества вычислений, необходимых для считывания данных, хранящихся в состоянии квантового процессора

IBM и Samsung Electronics совместно объявили о прорыве в разработке полупроводников с использованием новой вертикальной транзисторной архитектуры, которая демонстрирует путь к масштабированию за пределы нанолиста (двумерной наноструктуры толщиной от 1 до 100 нм) и может снизить потребление энергии на 85% по сравнению с масштабируемым трехзатворным полевым транзистором (finFET). Глобальная нехватка полупроводников подчеркнула критическую роль инвестиций в исследования и разработки микросхем и их важность во всем: от высокопроизводительных вычислений до бытовой техники, устройств связи, транспортных систем и критически важной инфраструктуры.

Инновация в области полупроводников была достигнута в комплексе Albany Nanotech в Олбани, штат Нью-Йорк, где ученые-исследователи работают в тесном сотрудничестве с партнерами из государственного и частного секторов, чтобы раздвинуть границы логического масштабирования и возможностей полупроводников.

Такой совместный подход к инновациям делает Albany Nanotech Complex ведущей в мире экосистемой для исследований в области полупроводников и создает мощный поток инноваций, помогая удовлетворить потребности производства и ускорить рост мировой индустрии микросхем.

Новый прорыв в области вертикальных транзисторов может помочь полупроводниковой промышленности продолжить неустанный путь к значительным улучшениям. Так, станет доступной архитектура устройства, которая позволяет масштабировать полупроводниковые приборы за пределы нанолистов. Могут быть созданы батареи сотовых телефонов, которые будут работать без подзарядки больше недели. Энергоемкие процессы, такие как операции криптомайнинга и шифрование данных, будут выполняться при значительно меньших затратах энергии и иметь меньший углеродный след. Станет возможным постоянное расширение Интернета вещей и периферийных устройств с меньшими потребностями в энергии, что позволит им работать в более разнообразных средах, таких как океанские буи, автономные транспортные средства и космические корабли.

«Сегодняшнее сообщения о технологиях - это вызов общепринятым нормам и переосмысление того, как мы продолжаем развивать общество и внедрять инновации, которые улучшают жизнь, бизнес и снижают наше воздействие на окружающую среду, - сказал д-р Мукеш Харе (Mukesh Khare), вице-президент по гибридным облакам и системам, IBM Research. - Учитывая ограничения, с которыми в настоящее время сталкивается отрасль по нескольким направлениям, IBM и Samsung демонстрируют приверженность к совместным инновациям в разработке полупроводников и совместное стремление к тому, что мы называем «hard tech».

Сравнение композиции VTFET (слева) и FET (справа) с текущими через них токами

Раньше разработчикам удавалось поместить в микросхему больше транзисторов за счет уменьшения шага затвора и разводки. Физическое пространство, в котором помещаются все компоненты, называется шагом контактного затвора (CGP, Contacted Gate Pitch). Возможность уменьшения шага затвора и проводки в свое время позволила разработчикам интегральных схем перейти от тысяч к миллионам, а затем и к миллиардам транзисторов в чипах. Но и с самой передовой технологией FinFET все же остается не так много места для всех компонентов полевого транзистора и контактов.

Теперь же, ориентируя электрический ток по вертикали, появилось пространство для масштабирования CGP, сохраняя при этом работоспособность транзистора, контактов и изоляции (shallow trench isolation, STI). Освободившись от ограничений, связанных с боковой компоновкой и протеканием тока, удалось использовать более крупные контакты истока / стока для увеличения тока на устройстве. Длину затвора можно выбрать для оптимизации тока возбуждения устройства и утечки, а толщину прокладки можно независимо оптимизировать для снижения емкости. Отпала нужда идти на компромисс между затвором, прокладкой и размером контакта, что может привести к повышению скорости переключения и снижению энергопотребления.

Еще одна ключевая особенность VTFET - это возможность использовать STI для изоляции соседних цепей для достижения изоляции нулевого диффузионного прерывания (ZDB,  Zero-Diffusion Break) без потери шага активного затвора. Для сравнения, плотность схемы полевого транзистора с поперечным переносом зависит от двойных или одинарных диффузионных разрывов, необходимых для изоляции схемы, что влияет на возможность дальнейшего сокращения технологии.

Первый в Финляндии 5-кубитный квантовый компьютер запущен и работает в Micronova, являющейся частью OtaNano, национальной исследовательской инфраструктуры в области микро- и нанотехнологий, совместно управляемой VTT и Университетом Аалто.

Большой проблемой квантовых вычислений является масштабируемость. Квантовые физики и инженеры по всему миру пытаются выяснить, как масштабировать оборудование для квантовых вычислений, чтобы включить в него сотни и тысячи кубитов, масштабировать производство экономически эффективным способом, а также масштабировать алгоритмы и использовать квантовые вычисления в реальных приложениях.

5-кубитный квантовый компьютер стоимостью 20 млн. евро является частью более крупной инициативы, поскольку VTT и IQM стремятся к 2024 году построить 50-кубитный квантовый компьютер. Недавно IQM открыла пилотный завод по производству квантовых процессоров.

В Финляндии есть активное исследовательское сообщество под названием InstituteQ с VTT, Университетом Аалто и Хельсинкским университетом в качестве членов-учредителей, а также сеть BusinessQ, которая поддерживает компании во внедрении квантовых технологий в их бизнес.

«Развитие квантовых вычислений затронет все отрасли. «Наш опыт в создании квантового компьютера и наши ноу-хау в разработке квантовых алгоритмов помогут нам разработать квантовое предвидение, например, для определения будущих тенденций и поддержки компаний в понимании того, как и когда это повлияет на их бизнес, - сказал Пекка Пурсула (Pekka Pursula), менеджер по исследованиям в VTT. - Лучшим способом для компаний сделать это является совместная работа с VTT и фактическое использование нашего нового оборудования».

«Сегодняшнее объявление знаменует собой важную веху для IQM и европейских квантовых инициатив. По завершении этого этапа IQM станет одной из немногих квантовых компаний, которые могут поставить локальный квантовый компьютер клиенту. Я поздравляю наших партнеров, VTT, а также всю команду IQM, которым удалось достичь этой амбициозной вехи во время пандемии. Это только первый этап поставки, и, поскольку мы можем модернизировать системы, мы с нетерпением ждем возможности работать с VTT над поставкой систем с 20 кубитами и 50 кубитами», - говорит д-р Ян Гетц (Jan Goetz), генеральный директор и сооснователь IQM.

Центр технических исследований VTT и IQM запустили первый в Финляндии действующий 5-кубитный квантовый компьютер

Hype cycle (цикл ажиотажа) - это графическое отображение проникновения, адаптации и социального влияния специфических технологий. Термин был введен Gartner. C 1995 г. компания использует эту методику для описания и оценки энтузиазма, который вызывает у пользователей появление новых технологических решений.

Внедрение облачных технологий росло задолго до пандемии, и теперь Gartner прогнозирует, что к концу этого года количество развертываний общедоступных облаков превысит количество рабочих нагрузок в частных ЦОД. С этим ростом возникает острая необходимость в улучшении безопасного доступа к Интернету, облачным сервисам и облачным приложениям.

«Стратегии cloud first сейчас распространены даже среди организаций, не склонных к риску, - говорит Том Кролл (Tom Croll), старший директор-аналитик Gartner. - Однако выполнение по-прежнему затруднено из-за отсутствия необходимых навыков и инструментов для обеспечения безопасного развертывания облачных вычислений».

Облачная безопасность - это самый быстрорастущий сегмент на рынке технологий и услуг ИБ, с особым интересом к инновациям для поддержки удаленной работы и ускорения цифрового бизнеса.

Gartner Hype Cycle for Cloud Security, 2021, суммирует 29 наиболее значимых технологий, которые обеспечивают реализацию контролируемых, совместимых и экономичных облачных стратегий. Однако среди них есть четыре, которые, как принято говорить, must have.

- Сервис безопасного доступа на границе (Secure Access Service Edge, SASE)
SASE предоставляется как услуга и обеспечивает доступ к системам на основе идентификатора устройства или объекта в сочетании с контекстом в реальном времени и политиками безопасности и соответствия. SASE значительно упрощает доставку и работу критически важных сетевых служб и служб сетевой безопасности, главным образом, с помощью облачной модели, повышая гибкость, отказоустойчивость и безопасность. Gartner прогнозирует, что SASE окажет трансформирующее влияние в течение следующих двух—пяти лет.

- Служба безопасности на границе (Security Service Edge, SSE)
SSE защищает доступ к сети, облачным сервисам и частным приложениям. Возможности включают контроль доступа, защиту от угроз, безопасность данных, мониторинг безопасности и контроль допустимого использования, все это обеспечивается интеграцией на основе сети и API. Gartner прогнозирует, что SSE окажет большое влияние в ближайшие три—пять лет.

- Управление состоянием безопасности SaaS (SaaS Security Posture Management, SSPM)
Инструменты SSPM постоянно оценивают риски безопасности и управляют состоянием безопасности приложений SaaS. Основные возможности включают создание отчетов о конфигурации собственных параметров безопасности SaaS, управление разрешениями идентификации и предложения по улучшению конфигурации для снижения риска. Gartner прогнозирует, что SSPM окажет большое влияние в следующие пять—десять лет.

- Платформы защиты облачных приложений (Cloud Native Application Protection Platforms, CNAPP)
CNAPP - новинка в Gartner Hype Cycle в этом году. Это интегрированный набор средств безопасности и соответствия нормативным требованиям, предназначенный для обеспечения безопасности и защиты облачных приложений в процессе разработки и производства. Gartner прогнозирует задержку от пяти до десяти лет до того, как CNAPP станет использоваться регулярно, но ожидает значительного воздействия.

Многообещающий путь к более крупным квантовым компьютерам - это организация небольших систем, оптимизированных для множества задач. Для динамического соединения и переплетения любых двух систем фотонная интерференция становится мощным методом из-за ее совместимости с устройствами на кристалле и распространения на большие расстояния в квантовых сетях.

Одним из основных препятствий на пути к коммерциализации квантовой фотоники остается изготовление и интеграция масштабируемых квантовых систем в наномасштабе из-за их печально известной чувствительности к мельчайшим возмущениям в ближайшем окружении. Это сделало чрезвычайно сложной задачей разработку систем, которые можно использовать для квантовых вычислений, одновременно предлагая эффективный оптический интерфейс.

Недавний результат, опубликованный в Nature Materials, показывает, как можно преодолеть препятствие интеграции. Работа основана на многонациональном сотрудничестве с исследователями из университетов Штутгарта (Physics 3), Дэвиса, Калифорния, Линчёпинга и Киото, а также Института Фраунгофера в Эрлангене, Центра Гельмгольца в Дрездене и Института Лейбница в Эрлангене. Лейпциг.

Исследователи придерживались двухэтапного подхода. Во-первых, их предпочтительная квантовая система - это так называемый центр вакансии кремния в карбиде кремния, который, как известно, обладает особенно устойчивыми спин-оптическими свойствами. Во-вторых, они изготовили нанофотонные волноводы вокруг этих центров окраски, используя щадящие методы обработки, которые сохраняют основной материал практически без повреждений.

«С помощью нашего подхода мы смогли продемонстрировать, что превосходные спин-оптические свойства наших центров окраски сохраняются после нанофотонной интеграции, - сказал Флориан Кайзер (Florian Kaiser), доцент Штутгартского университета, руководитель этого проекта. - Благодаря надежности наших квантовых устройств мы получили достаточно места для изготовления квантовых вентилей на кубитах с несколькими ядерными спинами. Поскольку эти спины показывают очень долгое время когерентности, они отлично подходят для реализации небольших квантовых компьютеров».

«В этом проекте мы исследовали своеобразную треугольную форму фотонных устройств. Хотя эта геометрия имеет коммерческую привлекательность, поскольку обеспечивает универсальность, необходимую для масштабируемого производства, мало что было известно о ее полезности для высокопроизводительного квантового оборудования. Наши исследования показывают, что излучаемый центром окраски свет, который несет квантовую информацию через чип, может эффективно распространяться в одном оптическом режиме. Это ключевой вывод для жизнеспособности интеграции центров окраски с другими фотонными устройствами, такими как нанорезонаторы, оптическое волокно и однофотонные детекторы, необходимые для реализации всех функций квантовых сетей и вычислений», - говорит Марина Радуласки (Marina Radulaski), доцент Калифорнийского университета в Дэвисе.

Что делает платформу из карбида кремния особенно интересной, так это ее совместимость с КМОП и ее интенсивное использование в качестве мощного полупроводника в электрической мобильности. Теперь исследователи хотят извлечь выгоду из этих свойств, чтобы использовать масштабируемое производство чипов спин-фотоники. Кроме того, они хотят реализовать полупроводниковую схему для электрической инициализации и считывания квантовых состояний своих спиновых кубитов. «Максимальное электрическое управление - вместо традиционного оптического управления с помощью лазеров - является важным шагом на пути к упрощению системы. Комбинация эффективной нанофотоники с электрическим управлением позволит нам надежно объединить больше квантовых систем на одном кристалле, что приведет к значительной производительности, - добавляет Флориан Кайзер. - В этом смысле мы только находимся на заре квантовых технологий с центрами окраски в карбиде кремния. Наша успешная нанофотонная интеграция - это не только захватывающий инструмент для распределенных квантовых вычислений, но она также может повысить производительность компактных квантовых датчиков».

Визуализация канала связи, интегрированного в нанофотонный SiC волновод

Ученые уже давно стремились создать компьютеры, которые работали бы так же энергоэффективно, как наш мозг. В исследовании, проведенном сотрудниками Гетеборгского университета, Швеция, впервые удалось объединить функцию памяти с функцией вычисления в одном компоненте. Это открытие открывает путь для более эффективных технологий, от мобильных телефонов до беспилотных автомобилей.

В последние годы компьютеры смогли решать сложные когнитивные задачи, такие как распознавание языка и изображений или отображение сверхчеловеческих шахматных навыков, во многом благодаря искусственному интеллекту (ИИ). В то же время человеческий мозг по-прежнему не имеет себе равных по своей способности выполнять задачи эффективно и энергоэффективно.

«Поиск новых способов выполнения вычислений, которые напоминают энергоэффективные процессы мозга, было основной целью исследований на протяжении десятилетий. Познавательные задачи, такие как распознавание изображений и голоса, требуют значительной мощности компьютера, и мобильных приложений, в частности, такие как мобильные телефоны, дроны и спутники, требуют энергоэффективных решений, - говорит Йохан Окерман, профессор прикладной спинтроники в Гетеборгском университете.

Работая с исследовательской группой в Университете Тохоко, проф. Окерман провел исследование, которое сделало важный шаг вперед в достижении этой цели. В работе, опубликованной в престижном журнале Nature Materials, ученым впервые удалось связать два основных инструмента для сложных вычислений: сети осцилляторов и мемристоры.

Проф. Окерман описывает осцилляторы как колебательные контуры, которые могут выполнять вычисления, и которые сопоставимы с нервными клетками человека. Мемристоры - это программируемые резисторы, которые также могут выполнять вычисления и имеют встроенную память. Это делает их сопоставимыми с ячейками памяти. Интеграция этих двух аспектов - серьезное достижение исследователей.

«Это важный прорыв, потому что мы показываем, что можно объединить функцию памяти с функцией вычислений в одном компоненте. Эти компоненты работают больше как энергоэффективные нейронные сети мозга, что позволяет им стать важными строительными блоками в будущих, более похожих на мозг компьютерах».

По словам Йохана Окермана, открытие позволит применить более быстрые, простые в использовании и менее энергоемкие технологии во многих областях. Он считает огромным преимуществом то, что исследовательская группа успешно произвела компоненты на чрезвычайно малой площади: сотни компонентов помещаются на площади, эквивалентной одной бактерии. Это может иметь особое значение для небольших приложений, таких как мобильные телефоны.

«Более энергоэффективные вычисления могут привести к появлению новых функций в мобильных телефонах. Примером могут служить цифровые помощники, такие как Siri или Google. Сегодня вся обработка выполняется серверами, поскольку для таких расчетов на телефоне небольшого размера требуется слишком много энергии. Вместо этого расчеты можно было бы выполнять локально, на реальном телефоне, они могли бы выполняться быстрее и проще без необходимости подключения к серверам. Чем с большей энергоэффективностью могут выполняться когнитивные вычисления, тем больше становится возможным приложений. Вот почему наше исследование действительно имеет потенциал для продвижения в этой области», - прокомментировал разработку профессор.

Нейроморфные вычисления - это область, связанная с искусственным интеллектом, которая пытается имитировать нейронные сети мозга. В исследовании используются новые алгоритмические подходы, которые напоминают то, как человеческий мозг интегрируется с окружающим миром, чтобы обеспечить способность, приближающуюся к человеческому познанию.

Новые компоненты позволяют производить расчеты с низким энергопотреблением. В исследовании, проведенном учеными из Гетеборгского университета, впервые удалось объединить функцию памяти и функцию вычисления в одних и тех же компонентах

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