В России создан универсальный квантовый компьютер на ионах

Прототип разработан по программе квантовых вычислений «Росатома»

Ученые из Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователям удалось разработать систему из 4 кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации — кудитов.

Испытания в криптологической лаборатории Российского квантового центра / Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

В классических вычислительных устройствах вся информация раскладывается на биты — 0 или 1, а в квантовых наименьшей единицей информации является квантовый бит (кубит), способный одновременно находиться в обоих состояниях сразу — и 0, и 1. Количество состояний, в которых находится квантовый процессор, быстро растет с увеличением числа кубитов — за счет возможности связывать их между собой.

Эта особенность позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров.

Однако существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные одновременно находиться в трех состояниях (кутриты) или в четырех состояниях (кукварты). Российские физики построили систему из 2 куквартов, что полностью эквивалентно 4 кубитам.

В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере два иона и с помощью лазера провели над ними набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию двух частиц (Мёльмера—Соренсона).

Таким образом удалось показать, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами, что в будущем обеспечит более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.

«В рамках реализации “дорожной карты” развития квантовых вычислений “Росатом” выступает интегратором и координатором взаимодействия ведущих научных центров страны и технологического бизнеса. Одна из наших задач — обеспечение российских ученых всем необходимым, чтобы приблизить ожидаемый технологический прорыв.

Результаты по созданию квантового компьютера на ионах свидетельствуют о том, что нам удалось набрать необходимый темп.

Безусловно, высокой оценки заслуживает научный коллектив Физического института имени П. Н. Лебедева под руководством Николая Колачевского, а также команда Российского квантового центра.

В целом в 2021 году “Росатом” направил на развитие квантовых технологий и создание необходимой исследовательской инфраструктуры более 6 млрд руб.— проведены закупка оборудования и комплектация первых лабораторий. Дальнейшая работа продолжится в соответствии с “дорожной картой”: до 2024 года на создание квантового компьютера суммарно будет направлено более 23 млрд руб. бюджетных и внебюджетных средств»,— отметила Екатерина Солнцева, директор по цифровизации госкорпорации «Росатом».

«Для нас это первый значимый результат в работе над “дорожной картой” по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как пять лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития»,— подчеркнул Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом».

Генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов / Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

Российский квантовый центр (РКЦ) — некоммерческий научно-технологический центр уникального для России формата, за короткое время занявший лидирующие позиции в своей области научных исследований, а также в разработке высокотехнологичных коммерческих продуктов на основе квантовых технологий.

Команда исследователей РКЦ насчитывает более 350 ученых, включая ведущих российских и мировых специалистов. За десять лет существования РКЦ сформировал 17 научных групп и проектов, восемь технологических стартапов, построил 16 лабораторий, организовал и провел шесть больших международных конференций и основал три научные школы.

Именно РКЦ в 2018 году первым в мире запустил квантовый блокчейн, а сейчас участвует в проекте по созданию квантового компьютера под эгидой госкорпорации «Росатом».

Материал подготовлен Российским квантовым центром