О Школе
Центр квантовых технологий Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова – Центр компетенций НТИ – является организатором Международной Школы по квантовым технологиям. Основной целью проведения Школы является ознакомление широкого круга студентов, аспирантов и научных сотрудников ВУЗов РФ, институтов РАН и других организаций с проблематикой сравнительно нового научного направления – сквозной технологии – получившей название “Квантовые технологии”. Это …
Read More
Сергей Кулик
Директор Международной Школы по квантовым технологиям
Перспективы применения и развития технологии квантового распределения ключей
Проводится анализ возможностей, открывающихся благодаря развертыванию магистральных
сетей квантового распределения ключей. Исследуется архитектура сети КРК на основе
оборудования различных производителей. Отмечаются технологические и регуляторные вызовы,
возникающие в этой связи. Акцентируется важность стандартизации технологий построения сетей
КРК и подключения к ним пользовательских шифраторов. Делается краткий обзор современного
состояния технологической базы систем КРК и предлагаются основные направления её
совершенствования.
Перспективы применения и развития технологии квантового распределения ключей
Проводится анализ возможностей, открывающихся благодаря развертыванию магистральных
сетей квантового распределения ключей. Исследуется архитектура сети КРК на основе
оборудования различных производителей. Отмечаются технологические и регуляторные вызовы,
возникающие в этой связи. Акцентируется важность стандартизации технологий построения сетей
КРК и подключения к ним пользовательских шифраторов. Делается краткий обзор современного
состояния технологической базы систем КРК и предлагаются основные направления её
совершенствования.
Нелинейная интерферометрия и ее приложения
Нелинейная интерферометрия - это метод, основанный на интерференции коррелированных пар фотонов, сгенерированных путем спонтанного параметрического рассеяния (СПР) в двух нелинейных кристаллах. В зависимости от свойств кристаллов один фотон в паре (сигнальный) может генерироваться в видимом/ближнем ИК диапазоне, а другой фотон (холостой) – в среднем ИК диапазоне. Когда два нелинейных кристалла собраны в интерферометр, и сгенерированные пары фотонов неразличимы, можно наблюдать интерференцию сигнальных фотонов, которая также включает информацию о холостых фотонах, а именно об их фазе и потерях. Таким образом, метод нелинейной интерферометрии позволяет выполнять ИК-спектроскопию с помощью детектирования видимого/ближнего-ИК света, находя применение в областях, таких как контроль окружающей среды и химический анализ образцов.
Нелинейная интерферометрия и ее приложения
Нелинейная интерферометрия - это метод, основанный на интерференции коррелированных пар фотонов, сгенерированных путем спонтанного параметрического рассеяния (СПР) в двух нелинейных кристаллах. В зависимости от свойств кристаллов один фотон в паре (сигнальный) может генерироваться в видимом/ближнем ИК диапазоне, а другой фотон (холостой) – в среднем ИК диапазоне. Когда два нелинейных кристалла собраны в интерферометр, и сгенерированные пары фотонов неразличимы, можно наблюдать интерференцию сигнальных фотонов, которая также включает информацию о холостых фотонах, а именно об их фазе и потерях. Таким образом, метод нелинейной интерферометрии позволяет выполнять ИК-спектроскопию с помощью детектирования видимого/ближнего-ИК света, находя применение в областях, таких как контроль окружающей среды и химический анализ образцов.
Квантовая ceнсорика: от фундаментальных принципов к практическим применениям
Квантовая ceнсорика: от фундаментальных принципов к практическим применениям
Квантовая акустика на сверхпроводниковых квантовых системах
Квантовая акустика на сверхпроводниковых квантовых системах
Методы смягчения квантовых ошибок
Современное квантовое оборудование характеризуется уровнем шума, который делает пока невозможным реализацию отказоустойчивых квантовых вычислений. В этой лекции мы рассмотрим существующие методы смягчения квантовых ошибок, которые позволяют улучшить результаты квантовых вычислений без коррекции ошибок.
Методы смягчения квантовых ошибок
Современное квантовое оборудование характеризуется уровнем шума, который делает пока невозможным реализацию отказоустойчивых квантовых вычислений. В этой лекции мы рассмотрим существующие методы смягчения квантовых ошибок, которые позволяют улучшить результаты квантовых вычислений без коррекции ошибок.
Бенчмаркинг квантовых компьютеров.
Эталонное оценивание, или бенчмаркинг, - это процедура количественной оценки возможностей того или иного устройства или алгоритма. Простейший эталонный параметр квантового компьютера в виде числа физических кубитов оказывается далеко не достаточным для адекватного описания его возможностей - необходима оценка качества этих кубитов. На лекции мы рассмотрим весь зоопарк методов бенчмаркинга квантовых компьютеров, а также посмотрим, на каком уровне находятся современные устройства.
Бенчмаркинг квантовых компьютеров.
Эталонное оценивание, или бенчмаркинг, - это процедура количественной оценки возможностей того или иного устройства или алгоритма. Простейший эталонный параметр квантового компьютера в виде числа физических кубитов оказывается далеко не достаточным для адекватного описания его возможностей - необходима оценка качества этих кубитов. На лекции мы рассмотрим весь зоопарк методов бенчмаркинга квантовых компьютеров, а также посмотрим, на каком уровне находятся современные устройства.
Квантовые повторители: перспективные идеи
Квантовые повторители: перспективные идеи
Практическая реализация оптических квантовых компьютеров
Линейно-оптическая платформа является самой простой для реализации простых экспериментов в области квантовых вычислений. Однако масштабирование оптических квантовых систем даже до уровня нескольких десятков кубитов оказывается чрезвычайно сложным процессом. В докладе будут разобраны наиболее распространенные технические проблемы, ограничивающие объем оптических квантовых компьютеров, а также рассмотрены подходы к созданию оптического компьютера с коррекцией ошибок.
Практическая реализация оптических квантовых компьютеров
Линейно-оптическая платформа является самой простой для реализации простых экспериментов в области квантовых вычислений. Однако масштабирование оптических квантовых систем даже до уровня нескольких десятков кубитов оказывается чрезвычайно сложным процессом. В докладе будут разобраны наиболее распространенные технические проблемы, ограничивающие объем оптических квантовых компьютеров, а также рассмотрены подходы к созданию оптического компьютера с коррекцией ошибок.
Физические основы квантовых и квантовоподобных алгоритмов и симуляторов.
В лекции обсуждаются физические основы создания как квантовых, так и квантовоподобных симуляторов решения NP-сложных задач оптимизации в экономике и финансах. Основной акцент сделан на неразрывной связи математических, физических (фундаментальных) и технических (практических) проблем разработки и имплементации алгоритмов для решения этих задач. Сделан обзор конкретных схем и устройств, позволяющих, реализовать физическое ускорение задач оптимизации. Обсуждаются перспективы схем квантовой выборки (boson sampling) для ускоренного решения NP-сложных задач.
Физические основы квантовых и квантовоподобных алгоритмов и симуляторов.
В лекции обсуждаются физические основы создания как квантовых, так и квантовоподобных симуляторов решения NP-сложных задач оптимизации в экономике и финансах. Основной акцент сделан на неразрывной связи математических, физических (фундаментальных) и технических (практических) проблем разработки и имплементации алгоритмов для решения этих задач. Сделан обзор конкретных схем и устройств, позволяющих, реализовать физическое ускорение задач оптимизации. Обсуждаются перспективы схем квантовой выборки (boson sampling) для ускоренного решения NP-сложных задач.
Квантовое измерение как инструмент для управления состояниями квантовых объектов
Характерные свойства квантовых измерений (воздействие на объект при измерении, случайность результатов) приводят к «скрытому» характеру квантовой информации и усложняют исследование квантовых систем. С другой стороны, неизбежное влияние измерительного прибора на квантовую систему может служить инструментом для целенаправленного управления ее состоянием. Лекция посвящена данному аспекту квантовых измерений: специальным типам измерений, позволяющим создавать различные целевые состояния; общим идеям управления квантовыми состояниями при измерении; интерпретации диссипативной динамики квантовых систем в качестве непрерывных измерений и ее использованию для получения неклассических состояний.
Квантовое измерение как инструмент для управления состояниями квантовых объектов
Характерные свойства квантовых измерений (воздействие на объект при измерении, случайность результатов) приводят к «скрытому» характеру квантовой информации и усложняют исследование квантовых систем. С другой стороны, неизбежное влияние измерительного прибора на квантовую систему может служить инструментом для целенаправленного управления ее состоянием. Лекция посвящена данному аспекту квантовых измерений: специальным типам измерений, позволяющим создавать различные целевые состояния; общим идеям управления квантовыми состояниями при измерении; интерпретации диссипативной динамики квантовых систем в качестве непрерывных измерений и ее использованию для получения неклассических состояний.
Использование кудитов в квантовых вычислениях: проблемы и их решения
Возрастающий интерес к многомерным дискретным квантовым системам (кудитам) объясняется несколькими причинами. В первую очередь стоит отметить возможность увеличения информационной емкости канала — количества информации, которую можно закодировать на одном физическом носителе, что оказывается очень полезным в задачах квантовой связи. Также продемонстрированы значительные преимущества кудитов перед кубитами в протоколах квантовой криптографии, где безопасность протокола оказывается тем выше, чем больше размерность системы. Приложения использования высокоразмерных квантовых систем для квантовых вычислений тоже выглядят многообещающе – за счёт «богатства» суперпозиции состояний можно говорить о преимуществе относительно кубитого случая, так как для масштабирования вычислений мы не увеличиваем число физических носителей информации (одиночных фотонов, атомов и т.д.), а вместо этого готовим более сложные состояния.
Однако, построение универсального набора операций (гейтов) для проведения произвольного унитарного преобразования в кудитном случае оказывается непростой задачей. Во-первых, большая размерность пространства порождает куда более объёмное множество возможных однокудитных и двухкудитных операций, при этом построение оценки перепутывающей способности и иных характеристик гейтов является открытой задачей. Во-вторых, встаёт проблема физической реализации, начиная от выбора подходящей платформы (фотоны, ионы, атомы и т.д.) и заканчивая конкретными протоколами для выполнения гейтов.
На лекции мы рассмотрим вопрос построения универсального набора кудитных операций, сформулируем критерии универсальности и подробно обсудим элементы универсального набора с точки зрения возможных физических реализаций. Также мы обсудим способы оценки перепутывающей способности двухкудитных гейов, в частности, обобщение метода локальных инвариантов, разработанного для кубитов, на высокоразмерные системы. В завершении, мы поговорим о некоторых примерах реализации одно- и двухкудитных преобразований на различных платформах и затронем вопрос томографии кудитов и построения оптимальной техники измерений высокоразмерных систем.
Использование кудитов в квантовых вычислениях: проблемы и их решения
Возрастающий интерес к многомерным дискретным квантовым системам (кудитам) объясняется несколькими причинами. В первую очередь стоит отметить возможность увеличения информационной емкости канала — количества информации, которую можно закодировать на одном физическом носителе, что оказывается очень полезным в задачах квантовой связи. Также продемонстрированы значительные преимущества кудитов перед кубитами в протоколах квантовой криптографии, где безопасность протокола оказывается тем выше, чем больше размерность системы. Приложения использования высокоразмерных квантовых систем для квантовых вычислений тоже выглядят многообещающе – за счёт «богатства» суперпозиции состояний можно говорить о преимуществе относительно кубитого случая, так как для масштабирования вычислений мы не увеличиваем число физических носителей информации (одиночных фотонов, атомов и т.д.), а вместо этого готовим более сложные состояния.
Однако, построение универсального набора операций (гейтов) для проведения произвольного унитарного преобразования в кудитном случае оказывается непростой задачей. Во-первых, большая размерность пространства порождает куда более объёмное множество возможных однокудитных и двухкудитных операций, при этом построение оценки перепутывающей способности и иных характеристик гейтов является открытой задачей. Во-вторых, встаёт проблема физической реализации, начиная от выбора подходящей платформы (фотоны, ионы, атомы и т.д.) и заканчивая конкретными протоколами для выполнения гейтов.
На лекции мы рассмотрим вопрос построения универсального набора кудитных операций, сформулируем критерии универсальности и подробно обсудим элементы универсального набора с точки зрения возможных физических реализаций. Также мы обсудим способы оценки перепутывающей способности двухкудитных гейов, в частности, обобщение метода локальных инвариантов, разработанного для кубитов, на высокоразмерные системы. В завершении, мы поговорим о некоторых примерах реализации одно- и двухкудитных преобразований на различных платформах и затронем вопрос томографии кудитов и построения оптимальной техники измерений высокоразмерных систем.
Квантовые схемы на кремниевой платформе
В лекции будет представлен краткий обзор современного состояния подходов для создания элементов квантового компьютера, специфических именно для кремния, обладающего низкой скоростью спиновой релаксацией как электронной, так и ядерной подсистем. Спиновая степень свободы электрона или ядра является одним из самых основных свойств природы. и функционирует как идеальный кубит, поскольку обеспечивает естественную двухуровневую систему, нечувствительную к электрическим полям, что приводит к длительному времени квантовой когерентности. Эта когерентность сохраняется, когда спин находится в изолированных и контролируемых кремниевых устройствах нанометрового масштаба, изготовленных литографически, что позволяет в существующих технологиях микроэлектроники превращать спиновые кубиты в масштабируемую технологию.
Квантовые схемы на кремниевой платформе
В лекции будет представлен краткий обзор современного состояния подходов для создания элементов квантового компьютера, специфических именно для кремния, обладающего низкой скоростью спиновой релаксацией как электронной, так и ядерной подсистем. Спиновая степень свободы электрона или ядра является одним из самых основных свойств природы. и функционирует как идеальный кубит, поскольку обеспечивает естественную двухуровневую систему, нечувствительную к электрическим полям, что приводит к длительному времени квантовой когерентности. Эта когерентность сохраняется, когда спин находится в изолированных и контролируемых кремниевых устройствах нанометрового масштаба, изготовленных литографически, что позволяет в существующих технологиях микроэлектроники превращать спиновые кубиты в масштабируемую технологию.
Создание кубитов на атомах фосфора в кремнии методом СТМ-литографии по монослою галогенов
Для реализации кубитов на ядерном спине примесных атомов в кремнии требуется максимально точное расположение примесей, что является одной из главных технологических проблем создания таких кубитов. В лекции будет рассмотрен метод расстановки атомов Р в кремнии с атомной точностью с использованием СТМ-литографии по резисту из галогенов. Будет обсуждаться текущее состояние дел в данной области, проблемы и перспективы.
Создание кубитов на атомах фосфора в кремнии методом СТМ-литографии по монослою галогенов
Для реализации кубитов на ядерном спине примесных атомов в кремнии требуется максимально точное расположение примесей, что является одной из главных технологических проблем создания таких кубитов. В лекции будет рассмотрен метод расстановки атомов Р в кремнии с атомной точностью с использованием СТМ-литографии по резисту из галогенов. Будет обсуждаться текущее состояние дел в данной области, проблемы и перспективы.