Ученые Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) протестировали первый в России 50-кубитный квантовый компьютер, созданный по уникальной технологии с использованием охлажденных ионов. Разработка велась в рамках дорожной карты «Квантовые вычисления» с 2020 года. Как показало новое исследование, отечественная система по ключевым показателям сравнялась с мировыми лидерами, а кое в чем их даже превосходит.
В основе компьютера — цепочка из 25 ионов иттербия, удерживаемых в стабильном положении лазерами при температуре, близкой к абсолютному нулю. Ученые управляют кубитами (квантовыми битами) с помощью точных лазерных импульсов. Особенность российской разработки — использование так называемых куквартов.
В отличие от стандартных кубитов, которые могут находиться в двух состояниях одновременно (0 и 1), кукварт может быть сразу в четырех состояниях. Это значительно увеличивает объем сохраняемой и обрабатываемой информации и открывает новые возможности для некоторых квантовых алгоритмов.
На уровне до полусотни кубитов ионные вычислители — наиболее совершенные среди квантовых устройств. При их создании одна из самых сложных задач — научиться делать запутывающие операции, для чего нужно заставить кубиты взаимодействовать друг с другом контролируемым образом. Еще один вызов — увеличение числа кубитов без потери качества и скорости операций.
В ходе нынешнего тестирования были исследованы ключевые характеристики компьютера: достоверность однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности — согласованной работы куквартов до того, как их квантовое состояние будет разрушено. Команда разработала инновационные решения: улучшенное лазерное охлаждение, системы подавления шумов и оригинальные способы контроля над куквартами.
Во время испытаний компьютер решал не только тестовые, но и практические задачи. Он успешно выполнил алгоритм Гровера для быстрого поиска в неупорядоченных данных, рассчитал структуры молекул и смоделировал динамические системы. В ходе эксперимента с обучением нейросети квантовый процессор научился распознавать рукописные цифры.
Российский квантовый проект, начатый практически с нуля, в итоге не только догнал мировых лидеров, но и предложил уникальные решения на основе куквартов, открывающие путь к более мощным и эффективным квантовым вычислениям.
Статья, подробно описывающая результаты работы, опубликована в открытом доступе в журнале «Успехи физических наук». Это ведущее академическое издание России, посвященное актуальным проблемам физики.
Разработанный в нашем институте квантовый компьютер – это не просто экспериментальный прототип. Это полноценная платформа для проведения исследований и решения задач. Следующий этап развития системы связан с повышением точности операций и времени когерентности. Помимо этого мы продолжаем изучать новые подходы к использованию кудитов, где являемся одними из лидеров в мире. Также мы осваиваем подходы к масштабированию устройств и их серийному производству.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в России придумали новый метод создания квантовой запутанности.