Успешно завершены испытания квантового компьютера, превосходящего все зарубежные аналоги

Новостной сайт Физического института имени П.Н. Лебедева Российской академии наук информирует о том, что учёные института успешно завершили испытания 50-кубитного квантового компьютера, разработанного на основе технологии холодных ионов.

Понадобилась серию экспериментов, чтобы оценить ключевые характеристики первого отечественного 50-кубитного компьютера, созданного по технологии холодных ионов. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Успехи физических наук».

Разработка этого компьютера стала частью проекта «Квантовые вычисления», который стартовал в 2020 году под эгидой Госкорпорации «Росатом». Несмотря на то, что проект начался с нуля, разработчикам удалось достичь значительных результатов и создать систему, которая не уступает, а по некоторым параметрам даже превосходит аналогичные зарубежные аналоги.

В основе работы российского компьютера лежит использование цепочки из 25 ионов иттербия (¹⁷¹Yb⁺). Ионы удерживаются лазерами и охлаждаются почти до абсолютного нуля. Управление кубитами осуществляется с помощью лазерных импульсов, а квантовые алгоритмы представляют собой последовательности таких воздействий.

Как отметили специалисты, ионные вычислители являются наиболее совершенными среди квантовых устройств при работе с количеством кубитов до полусотни. Одной из ключевых задач при их создании является разработка методов управления кубитами таким образом, чтобы они могли взаимодействовать друг с другом контролируемым образом. Кроме того, необходимо увеличивать количество кубитов без потери качества и скорости работы.

В ходе тестирования были исследованы ключевые характеристики компьютера, такие как точность однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности — время, в течение которого кубиты сохраняют своё квантовое состояние.

Одной из особенностей российского подхода является использование куквартов — систем, в которых ион может находиться не в двух, а в четырёх состояниях одновременно. Это позволяет обрабатывать больше информации и использовать более сложные квантовые алгоритмы.

Для реализации такой архитектуры учёные Физического института имени П.Н. Лебедева предложили ряд оригинальных научных и технических решений. В частности, был разработан новый метод защиты кудитов (ионов с более чем двумя кубитами) от декогеренции, которая может привести к разрушению квантового состояния. Также были внедрены новые методы охлаждения ионов и фильтрации шумов лазера.

В процессе испытаний были использованы задачи, которые в будущем позволят проводить реальные квантовые вычисления. В частности, были реализованы алгоритмы Гровера, которые предполагают поиск в неупорядоченной базе данных, рассчитаны структуры нескольких молекул и проведены симуляции динамических систем.

Кроме того, учёные Физического института имени П.Н. Лебедева стали одними из первых в мире, кто применил ионный процессор для решения практических задач. В ходе эксперимента они обучили нейросеть распознавать рукописные изображения цифр. В дальнейшем эта технология может быть использована для поиска новых эффективных молекул, распознавания лиц, анализа ДНК и других операций.

«Разработанный в нашем институте квантовый компьютер — это не просто экспериментальный прототип, а полноценная платформа для проведения исследований и решения задач. Следующий этап развития системы будет связан с повышением точности операций и времени когерентности. Кроме того, мы продолжаем изучать новые подходы к использованию кудитов, в которых мы являемся одними из лидеров в мире. Также мы работаем над масштабированием устройств и их серийным производством», — отметил директор Физического института имени П.Н. Лебедева, академик РАН Николай Колачевский.

Он подчеркнул, что создание коммерческих квантовых компьютеров должно стать следующим этапом развития проекта. Для этого необходимо уменьшить размеры устройств и автоматизировать их работу. Кроме того, серийные компьютеры должны быть более надёжными и не требовать постоянного обслуживания.

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