Технологии

Ионный квантовый компьютер – перспективы и надежды

15 Сентября 2025

Наименьшей единицей информации при вычислениях с помощью обычных компьютеров является бит, который может принимать два значения – 0 или 1. В квантовых вычислениях такой единицей служит кубит, принимающий значение 0 или 1 лишь с некоторой вероятностью, то есть его значение выражается суперпозицией 0 и 1.

Физической реализацией бита для обычных компьютеров сегодня служит полупроводниковый транзистор. Физическая реализация кубита – несравненно более сложная задача. Ведь он должен представлять собой квантовую систему с двумя энергетическими уровнями, один из которых принимается за 0, а второй – за 1. Но не это самое сложное.

Соединить миллиарды транзисторов в интегральную схему на современном уровне технологий достаточно просто. Соединить даже два кубита так, чтобы изменение квантового состояния одного влияло на состояние другого, – нетривиальная задача. Такое соединение кубитов называется запутанностью. Впрочем, некоторые российские физики предпочитают термин «перепутанность».

Сейчас предлагается огромное количество физических систем для квантовых вычислений. На многих из них реализованы однокубитные операции, то есть возможность управлять состоянием одного изолированного кубита. Но знаком качества для такой системы и признаком её практической применимости является реализация двухкубитных операций, для чего эти кубиты требуется ввести в перепутанное квантовое состояние.

«Разных физических систем предлагается много, но основные лидирующие – это сверхпроводники, ионы, нейтральные атомы, твердотельные и фотонные системы, – рассказал директор ФИАНа, член-корреспондент РАН Николай Колачевский. – И везде разный тип взаимодействия кубитов, разная физика».

Кубит ионного компьютера физически реализуется в виде внутренних электронных состояний иона. Грубо говоря, если электрон иона находится на одной орбите – это 0, если он возбуждается и перескакивает на другую орбиту – это 1. Управлять состоянием иона можно с помощью лазерного излучения.

То обстоятельство, что ион обладает электрическим зарядом, имеет два практических следствия. Во-первых, ионы можно «подвесить» во внешнем электромагнитном поле в так называемой ионной ловушке. Во-вторых, ионы отталкиваются друг от друга благодаря кулоновским силам и выстраиваются в цепочку на расстоянии 5-10 микрон друг от друга. Благодаря этому же кулоновскому взаимодействию реализуется перепутанное состояние между ними. Возбуждение передается через совместные колебательные моды.

Результатом напряженной работы ученых ФИАНа стало создание прототипа ионного компьютера, о чём сообщает новостной сайт Российской академ ии наук ras.ru.

Ускорить прогресс в повышении достоверности операций специалистам ФИАНа позволил своего рода «ход конём» – использование вместо кубитов так называемых кудитов.

«Под кубитом понимается двухуровневая система, когда в сложной физической системе выбираются два уровня – энергетических интервала – для реализации операции состояния 0 и 1, – объясняет Николай Колачевский. – Но обычно в физических системах таких уровней больше и можно выбрать не два, а три, четыре или пять. Все системы с уровнем больше двух называются кудитами».

Кудит с 4 уровнями называет куквартом. Его квантовое состояние определяется суперпозицией не только 0 и1, а четырёх уровней – 0-1-2-3. Доказано, что такая система полностью эквивалентна квантовому пространству двух кубитов. То есть вместо того, чтобы перепутывать два кубита со всеми сложностями этого процесса, можно взять один ион, в котором электрон может переходить не между двумя, а между четырьмя орбитами. Такими свойствами обладают, к примеру, ионы иттербия-171.

Хорошо известно, что среди определенной части научного сообщества растёт скептицизм в отношении перспектив создания полезного квантового компьютера в обозримом будущем. Вот и в ходе этого заседания один из участников заметил, что разработка квантовых компьютеров напоминает ситуацию с термоядом, где в теории тоже всё понятно, но на практике уже много десятилетий ничего не получается.

Действительно, если бы можно было имплементировать закон Мура к квантовым вычислителям, то мы уже сейчас должны были быть сильно впереди по отношению к тому, где мы есть. Опасения, что может сложиться та же ситуация, как с высокотемпературной проводимостью или теромядом, безусловно, есть, но, с другой стороны, и то, и другое направление живёт уже много десятилетий и, по крайней мере, это очень интересно.


Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~I8oj9
02.11.2026
Сотрудники АО «Организация «Агат» в журнале «Экономика космоса» опубликовали статью «Особенности измерения и оценки производительности в наукоёмких промышленных организациях».
29.10.2026
Авторы опубликованной в журнале «Экономика космоса» статьи под названием «Экономические подходы к созданию ступени демонстратора как этапа разработки многоразовых ракет-носителей» указывают на необходимость создания ступени-демонстратора как обязательного этапа разработки многоразовых ракет-носителей. По их словам, такой подход позволяет последовательно отработать технологии, сокращая вероятность ошибок на дальнейших этапах. Кроме того, использование демонстратора вдвое уменьшает число лётных испытаний и на 17% снижает затраты на программу их проведения по сравнению с прямым созданием полноразмерной ракеты-носителя.
28.10.2026
В Российской академии наук состоялось заседание бюро Научного совета РАН «Квантовые технологии». На встрече обсуждался проект долгосрочного плана развития квантовых технологий в России до 2036 года и на перспективу.
28.10.2026
Журнал «Экономика космоса» опубликовал статью «Посттоварное хозяйство и критическая необходимость освоения космоса», в которой рассматривается, в частности, что «рост технологических возможностей и цифровая революция потенциально способны исключить человека из сферы производства, оставив ему только функцию потребителя».

СТАТЬИ ГЛОНАСС