Новый подход
Российские ученые придумали, как увеличить производительность квантового процессора. Об этом CNews рассказали представители Национального исследовательского технологического университета МИСИС.
Ученые МИСИС и Российского квантового центра (РКЦ) предложили новый подход запуска квантовых алгоритмов с использованием дополнительных уровней квантовой системы. Метод улучшил итоговое качество выполнения квантовых алгоритмов. Статья об этом опубликована в научном журнале Entropy.
Кубиты и кудиты
Сейчас большая часть исследований, посвященных квантовым операциям, сосредоточена на кубитах — все операции, которые применяются к квантовой системе, представляются в виде одно- и двухкубитных квантовых вентилей, преобразующих входные состояния кубитов в выходные по определенному закону, отмечают представители МИСИС.
Основной способ повышения производительности квантовых процессоров состоит в увеличении числа их кубитов (наименьшая единица информации в квантовом компьютере). При этом ионы или атомы, которые часто выступают в роли кубитов, имеют больше двух уровней и могут работать не только как кубиты, но и как кудиты (расширенной версией кубита). Кудиты же могут находиться в трех (кутриты), четырех (кукварты), пяти (куквинты) и более состояниях.
Эти состояния позволяют плотнее кодировать данные в физических носителях. И позволяют запускать более сложные и комплексные квантовые алгоритмы. Таким образом, возрастает мощность квантового процессора и операции могут производиться значительно быстрее.
В чем новизна
Ученые МИСИС и РКЦ рассмотрели один из способов использования куквинтов (пятиуровневых кудитов) и представили эффективную модель декомпозиции обобщенного вентиля Тоффоли. В качестве примера рассмотрен квантовый алгоритм Гровера для поиска по неупорядоченной базе данных. Используя только этот вентиль, можно построить любую обратимую классическую логическую схему, например, арифметическое устройство или классический процессор.
Плюс куквинтов в том, что их пространство можно рассматривать как пространство двух кубитов с общим дополнительным уровнем, пояснил заведующий лабораторией квантовых информационных технологий МИСИС Алексей Федоров. Это помогает одновременно, и сократить число физических носителей информации, и использовать дополнительный уровень в качестве вспомогательного состояния для упрощения декомпозиции многокубитных вентилей (сложных логических операций с кубитами) или сокращения их количества. Это и повышает качество выполнения алгоритмов.
Полученные учеными результаты применимы к квантовым процессорам, основанным на различных физических платформах, таких как ионы, нейтральные атомы, сверхпроводящие цепи и другие.
Квантовые компьютеры в России
В декабре 2021 г. в России создали прототип квантового ионного компьютера из четырех кубитов. Прототип создан в рамках «дорожной карты» по квантовым вычислениям, выполняемой «Росатомом». На его основе к концу 2024 г. собираются построить универсальный квантовый компьютер с облачным доступом.
В 2021 г. госкорпорация направила на развитие квантовых технологий и создание необходимой исследовательской инфраструктуры более 6 млрд руб. До 2024 г. на создание квантового компьютера будет выделено более 23 млрд руб.
В 2022 г. физики увеличили мощность квантового компьютера до пяти кубитов. А 5 апреля 2023 г. в России впервые открыли удаленный доступ к ионному компьютеру.
Поделиться
