QTS'24

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.

Квантовая ceнсорика: от фундаментальных принципов к практическим применениям

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.

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

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.

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.

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.