Российские квантовые инновации

1.

Российские квантовые
инновации

2.

Квантовая технология - область
физики, в которой используются
специфические особенности
квантовой механики, прежде
всего квантовая запутанность. К
возможным практическим
реализациям относят квантовые
вычисления и квантовый
компьютер, квантовую
криптографию, квантовую
телепортацию, квантовую
метрологию, квантовые сенсоры
и квантовые изображения.

3.

Квантовый компьютер
Квантовый компьютер — вычислительное
устройство, которое использует явления квантовой
механики (квантовая суперпозиция и запутанность)
для передачи и обработки данных. Квантовый
компьютер в отличие от обычного оперирует не
битами, а кубитами, имеющими значения
одновременно и 0, и 1. Теоретически, это позволяет
обрабатывать все возможные состояния одновременно,
достигая существенного превосходства над обычными
компьютерами в ряде алгоритмов

4.

Кубиты
Исследователи из НИТУ, Физтеха и Российского
квантового центра в 2021 г вместе с коллегами из
Германии впервые продемонстрировали
возможность эффективного взаимодействия
микроволновых фотонов с использованием цепочки
сверхпроводящих кубитов. Этот эксперимент
показывает возможность передачи квантовой
информации с одного чипа на другой в виде
микроволновых фотонов, что может стать шагом
к решению проблемы квантовой памяти
и приблизить создание коммерческих квантовых
устройств.

5.

Отечественный квантовый
процессор
В России разработана первая интегральная схема
на базе пяти сверхпроводниковых кубитов в
держателе. Ее создали специалисты МФТИ в
Лаборатории искусственных квантовых систем
(ЛИКС). Разработчики этой многокубитовой
системы утверждают, что она уникальна и
полностью управляема и даже на нынешней
стадии разработки она может применяться в
квантовом машинном обучении – отдельной
области науки на пересечении квантовой физики
и современных технологий обработки
информации.

6.

Квантовая криптография
Квантовая криптография — метод защиты
коммуникаций, основанный на
принципах квантовой физики. В отличие от
традиционной криптографии, которая использует
математические методы, чтобы обеспечить
секретность информации, квантовая криптография
сосредоточена на физике, рассматривая случаи,
когда информация переносится с помощью
объектов квантовой механики.

7.

Алгоритм коррекции ошибок
Российские ученые предложили новый, более
устойчивый к внешним воздействиям
алгоритм коррекции ошибок с использованием
так называемых полярных кодов.
Применение полярных кодов позволяет
устройствам для квантового распределения
ключей стабильно работать в условиях
реальной жизни под воздействием различных
факторов окружающей среды. Российским
ученым удалось добиться более высокого
уровня эффективности алгоритмов
классической постобработки. Именно в этой
области был обновлен мировой рекорд.

8.

Нейтрино
Нейтрино — это двигающиеся со скоростью света,
нейтральные частицы. До недавнего времени
считалось, что их масса равна нулю.
Экспериментальное исследование этих частиц
чрезвычайно затруднено, поскольку нейтрино имеют
очень маленькое сечение взаимодействия с
веществом. Для них проницаемо практически все,
они беспрепятственно преодолевают гигантские
расстояния и доставляют на Землю информацию о
процессах, происходящих во всех частях Вселенной.
Поэтому сегодня нейтрино-объект изучения мощных
научных лабораторий во всех странах мира.

9.

Нейтрино
Нейтрино — самые легкие из
известных нам частиц. Они рождаются
в процессах взаимодействия, которое
теоретики называют слабым. Они редко
взаимодействуют с веществом, не
излучают и не поглощают свет, не
участвуют в электромагнитном
взаимодействии, являются типом
частиц, которые можно назвать темной
материей.

10.

Нейтрино
Верхние слои атмосферы постоянно
бомбардируются частицами, прилетающими из
космоса (в основном это протоны). Энергии их
таковы, что они порождают цепочки ядерных
реакций, одним из продуктов которых могут быть
нейтрино. Источником нейтрино служит еще Солнце.
Именно солнечные нейтрино помогают понять
процессы, происходящие внутри Солнца и других
звезд. И, наконец, следует сказать о нейтрино
сверхвысоких энергий, потоки которых возникают,
например, при взрывах сверхновых.

11.

Байкальский телескоп
Озеро Байкал в России предоставляет учёным
идеальную среду для наблюдения нейтрино, потому
что эти частицы излучают видимый свет при
прохождении через прозрачную воду. Глубина озера
может защитить детекторы от излучения и помех.
13 марта 2021 года состоялась официальная
церемония запуска нейтринного телескопа Baikal-GVD
(Gigaton Volume Detector). Это крупнейшая подобная
установка в Северном полушарии и одна из самых
больших в мире.
«Никогда не упускайте шанс задать природе какой-либо вопрос.
Никогда не знаешь, какой ответ получишь» — сказал 80летний Григорий Домогацкий, российский физик, который в
течение 40 лет возглавлял создание этого подводного телескопа.

12.

Принцип действия телескопа
«Сердце» такого телескопа — это огромная масса прозрачного вещества (воды или
льда). Когда нейтрино врезается в протон атомного ядра, тот превращается в
нейтрон и испускает другую частицу — мюон. Тот тоже врезается в какое-нибудь
атомное ядро, и так далее. В результате рождается целый каскад заряженных
частиц, движущихся сквозь воду или лёд быстрее света.
В среде свет движется медленнее, чем в вакууме, и его можно обогнать. Когда же
заряженная частица движется сквозь среду быстрее света, она сама испускает свет
(эффектом Вавилова–Черенкова). Такое свечение и фиксируют специальные
датчики-фотодетекторы.
Поскольку нейтрино очень редко сталкиваются с атомными ядрами, объем воды
или льда должен быть огромным.

13.

Байкальский телескоп
8 декабря 2021г Байкальский глубоководный
нейтринный телескоп поймал частицы
сверхвысокой энергии — нейтрино,
прилетевшие из окрестности массивной черной
дыры, которая называется Блазар PKS
0735+178.
«Мы ожидаем, что скоро все вместе поймем
Вселенную, мы раскроем ее историю, то как
зарождались галактики», — заявил министр
науки и высшего образования России Валерий
Фальков.