Отдел новостей 20 ноября 2021, 06:55

«Русский ученый сделал самый крутой квантовый компьютер» и другие сенсации. Техдайджест

Каждую неделю Александр Носков собирает новости технологий, видео и ссылки на полезные статьи.

Марио, твои кубиты в другом замке

Если бы журналисты в России читали нормальную прессу (Nature или хотя бы MIT Tech Review) дальше заголовков, агрегаторы были бы полны новостями «Русский ученый сделал самый крутой квантовый компьютер». Когда я об этом пишу, Яндекс.Новости вообще не знают про QuEra Computing, работающего сейчас в США Михаила Лукина и его квантовый компьютер с 256-ю кубитами. Лукин и его соратники по QuEra утверждают, что их компьютер универсальный, а цепь кубитов в нем можно перепрограммировать несколько раз в секунду. И в доказательство показывают танец кубитов в виде анимированного Марио.

Важна тут не только точность управления, но и масштабируемость: QuEra надеется в течение двух лет создать квантовый компьютер на 1000 кубитов, а затем без значительного изменения подхода перейти на десятки тысяч кубитов. Где-то на этом отрезке уже можно решать практические NP-трудные задачи, а не просто хвастаться квантовым превосходством в какой-то одной, специально подобранной. В это верят, например, инвесторы стартапа из японского конгломерата компаний Rakuten. У них целый ворох таких оптимизационных задач, где недостижимое сейчас более точное решение может сэкономить миллиарды: расположение вышек сотовой связи, оптимальные маршруты доставки и портфели акций, сложные поисковые запросы.

Чем так выделяется подход QuEra?

Состояние стояния:

В компьютере QuEra кубиты — это отдельные атомы, но в особом состоянии — ридберговском. Тут я, наверное, объясню на пальцах так, что настоящие физики захотят мне эти пальцы оторвать. Но все же. В ридберговском состоянии электроны сохраняют связь с ядром атома, находясь в сотни и тысячи раз дальше от него, чем обычно. И поэтому, если выстроить несколько таких атомов в цепь, соседние за счет сближения электронов окажутся связаны крепче, чем обычно. Если всё это охладить и подровнять лазерными пинцетами — получится ряд взаимодействующих атомов-кубитов, пригодный для вычислений и ошибающийся гораздо реже, чем квантовые компьютеры других видов.
На русском про QuEra можно почитать публикацию на N+1 от 2017 года: тогда группа Лукина хвасталась компьютером на 51 кубит, у которого не было практических применений. Уверен, что прямо сейчас редакция N+1 работает над новым текстом.
IBM на неделе тоже представила новый квантовый процессор: у Eagle 127 кубитов, и корпорация называет его самым мощным квантовым процессором в мире. Пожалуй, теперь это спорно.

Точная ПЭТ

Очень люблю, когда появляется реальная возможность оставаться здоровым дольше. Одна из самых обнадеживающих технологий — позитронно-эмиссионная томография, широко используемая в онкологии.

Работает ПЭТ за счет поглощения меченых атомов (трейсеров) тканями тела: раковые опухоли делают это намного активнее, чем прочие, а затем излучают, выдавая себя. Увы, специфика такова, что ПЭТ указывает на гамма-лучи, а не на точки. Чтобы уточнить информацию об опухоли, процедуру дополняют МРТ или КТ, а результаты многократно обрабатывают умными алгоритмами. Даже в нынешнем виде («мы примерно знаем где») это мощнейшее средство диагностики и медицинских исследований.

Так было до сего дня. Группа из США и Японии опубликовала в Nature Photonics статью, описывающую почти идеальный сенсор для времяпролетной ПЭТ. Термин «времяпролетная» — Time-of-Flight — часто применяется к фотокамерам. Осветите что-нибудь вспышкой лазера, и если у вас достаточно быстрый затвор (несколько пикосекунд), вы получите много двумерных срезов, на которых будут подсвечены только участки, находящиеся на определенном расстоянии от камеры. Наложите их друг на друга — и получите трехмерную реконструкцию.

Для излучаемых во время ПЭТ фотонов принцип тот же: чем быстрее и больше фотографируешь, тем больше точек появляется для создания трехмерной картины.

Конечно, точная ToF-регистрация фотонов и реконструкция раковых опухолей — это посложнее, чем камера, снимающая то, что происходит снаружи тела. «Это был Святой Грааль в нашей отрасли на протяжении десятков лет», — говорит профессор Саймон Черри, ведущий автор исследования.

Насколько быстро?

Новый сенсор регистрирует фотоны с задержкой 32 пикосекунды. За это время свет проходит расстояние всего 4,8 мм. В 7 раз меньше, чем раньше. Много сравнений для осознания масштаба в статье The Next Web: профессор Крис Импи на примерах показывает, насколько это впечатляющая скорость — 1% скорости света. Статья не про ПЭТ, но просто почитайте, а потом увеличьте расстояния еще в 100 раз.
Представленный сенсор — лишь доказательство концепции. Данные с него обрабатываются сутки, а ткани пришлось накачивать изотопами в высокой концентрации, неприемлемой в клинической практике. Впереди еще долгий путь. Так что будьте здоровы.
Зато кажется, что на следующем витке медицинских технологий мы сможем выжигать лазером точно очерченные опухоли. Рак, сдавайся!

Видео недели

The Verge оценивает три модели смартфонов с фронтальной камерой, спрятанной под экраном. Ценник — от $900, а качество съемки оцените сами.

NASA обновило карту-анимацию окружающих Землю спутников Eyes on the Earth. Работает в реальном времени, планету можно приблизить, выглядит это завораживающе.

Марк Цукерберг развлекается в VR-перчатках с эффектом прикосновения. И почему я вспомнил Рогозина?

Seeker рассказывает о симуляции Марса на Земле: гавайском проекте HI-SEAS.

Одним предложением

New Atlas оценил проекты первых обладателей премии XPrize по извлечению СО2 из атмосферы: $100 млн дал Илон Маск.
Культовый японский производитель тостеров показал маленький смартфон.
«Скажи мне, кто твой друг»: стартап Voyager Labs ищет в соцсетях преступников, в том числе будущих.
В RIBA сформировали шорт-лист одной из самых человечных архитектурных премий: три сооружения для людей и чистого будущего.
В этом дайджесте много серьезных ученых, но есть и забавные: американские инженеры исследовали идеальный щелчок пальцами.