Разработка квантового компьютера с открытым исходным кодом
Ученые с факультета естественных наук Университета Ватерлоо и Института квантовых вычислений решили создать первый в мире квантовый компьютер с открытым исходным кодом, об этом пишут пресс-службы учебных заведений. Цель проекта — сделать квантовые технологии доступными для всего научного сообщества, ускорив развитие области через открытое и прозрачное сотрудничество.
Университет Ватерлоо — это крупное высшее учебное заведение, расположенное в Ватерлоо, провинция Онтарио, Канада. Оно было основано в 1957 г. для удовлетворения потребности в подготовке инженеров и техников, так что здесь традиционно сильны инженерно-технические и естественные науки. Также университет был первым в мире, кто предложил программу кооперативного обучения, в которой студенты получают возможность совмещать учебу с работой в компаниях-партнерах.
В 2024 г. группа ученых из Института квантовых вычислений университета Ватерлоо основала некоммерческую организацию Open quantum design (OQD). Основная цель инициативы заключается в обеспечении широкой доступности квантовых технологий для всего мирового научного сообщества. Реализация этой задачи позволит существенно ускорить темпы развития квантовой науки и смежных дисциплин за счет создания условий для открытого, прозрачного и максимально инклюзивного международного сотрудничества.
Ключевые ожидаемые эффекты от OQD: демократизация доступа к передовым квантовым вычислительным ресурсам, симуляторам, инструментам разработки и экспериментальным платформам; устранение барьеров для исследователей из университетов, малых научных групп и развивающихся стран; стимулирование совместных проектов, обмена данными, публикаций и кода в открытом доступе; ускорение цикла (исследование — прототип — внедрение) в области квантовых вычислений, квантовой криптографии, квантовой сенсорики и моделирования сложных систем. Таким образом, проект OQD ориентирован на формирование глобальной экосистемы открытого сотрудничества, которая позволит квантовым технологиям перейти из стадии лабораторных экспериментов к этапу массового научного и технологического применения в кратчайшие сроки.
«Мы предлагаем общий центр, куда исследовательские группы могут вносить то, чем готовы делиться. А как некоммерческая организация мы можем быть прозрачны относительно реального прогресса без коммерческого давления», — говорит одна из основательниц проекта OQD Кристал Сенко (Crystal Senko).
Открытый стек OQD охватывает все: от аппаратного обеспечения и электроники до программного обеспечения (ПО). В основе системы лежит технология ионных ловушек — заряженные атомы изолируются в вакууме, после чего ими можно управлять с помощью лазеров и электромагнитных полей. Такая изоляция позволяет атомам работать как кубиты — квантовые биты, которые хранят и обрабатывают информацию.
По словам канадских ученых, сообщество специалистов по квантовым вычислениям на ионных ловушках имеет давнюю традицию обмена разработками и знаниями. OQD разделяет этот дух и масштабирует его.
Сам же проект OQD опирается на разработки, которые более восьми лет ведутся в Институте квантовых вычислений и уже объединяет более 30 разработчиков софта и десятки лабораторий-партнеров. Среди них — студенты, аспиранты Университета Ватерлоо, а также ряда организаций, в частности, фондом Unitary Foundation и квантовой компанией Xanadu. Партнеры получают полный доступ к технологическому стеку и могут участвовать в управлении проектом.
Развитие технологий
Технология квантовых вычислений, несмотря на то что фундаментальные принципы квантовой механики были сформулированы более ста лет назад, по-прежнему находится на ранней стадии зрелости и коммерциализации.
21 января 2026 г. в мире активно развиваются и конкурируют несколько фундаментально различных архитектурных подходов к созданию масштабируемых квантовых компьютеров: захваченные ионы — ионы атомов удерживаются электромагнитными полями и управляются лазерными импульсами; сверхпроводящие кубиты — наиболее распространенный сегодня подход, используемый лидерами индустрии (IBM, Google, Rigetti); фотонные системы — вычисления на основе одиночных фотонов и линейной оптической интерференции; спиновые системы — включая спины электронов в полупроводниках, азотно-вакуумные центры в алмазах (NV-центры), кремниевые спины и топологические кубиты.
Каждый из этих подходов обладает уникальными преимуществами и ограничениями по таким ключевым параметрам, как: время когерентности кубитов, скорость выполнения гейтов, уровень ошибок, масштабируемость, требования к криогенной инфраструктуре, сложность производства и интеграции.
На текущий момент ни одна из архитектур не достигла уровня устойчивых квантовых вычислений с коррекцией ошибок, необходимого для решения практически значимых задач, превосходящих классические суперкомпьютеры. Тем не менее, конкуренция между различными платформами стимулирует быстрый прогресс в области квантовых технологий и приближает момент появления первых коммерчески применимых квантовых систем.
Российский квантовый компьютер на кусептах
29 декабря 2025 г. ученые из Российского квантового центра (РКЦ) представили первый ионный квантовый компьютер на кусептах — квантовую систему, оперирующую сразу семью уровнями квантовых состояний, об этом CNews сообщил представитель РКЦ. Новая архитектура позволила построить процессор эквивалентный 72 кубитам и обеспечить рекордную для квантовых систем такого масштаба точность двухкубитных операций.
В классических вычислениях минимальной единицей информации является бит, принимающий значение ноль или единица. Квантовые компьютеры оперируют кубитами, способными находиться в двух состояниях одновременно — и ноль, и единица. Однако квантовые системы могут масштабироваться не только за счет увеличения числа кубитов, но и благодаря наращиванию их уровней. Многоуровневые квантовые кубиты называют кудитами, и каждый их них имеет собственное название в зависимости от числа уровней. Трехуровневые кудиты — кутриты, четырехуровневые кудиты — кукварты. В представленном процессоре на основе 26 ионов кальция впервые в России реализованы семиуровневые кудиты — кусепты, способные принимать значения от нуля до шести.
В ходе контрольного эксперимента по дорожной карте развития квантовых вычислений исследователи реализовали на новом компьютере однокубитные и двухкубитные операции, средняя точность которых составила 99,92% и 96,5% соответственно.
В ближайшей перспективе исследователи планируют приступить к интеграции поверхностных ионных ловушек, что позволит обеспечить индивидуальный контроль каждого иона и дополнительно повысить точность вычислений.
«Развитие квантового компьютера не сводится к механическому наращиванию числа кубитов. Уже на ранних этапах команда должна думать наперед о том, как выбранная архитектура будет масштабироваться в будущем и не приведет ли она к технологическому тупику. Кубиты — это один путь, кудиты — другой. Состоятельность многоуровневого подхода мы показали еще в 2021 г., когда РКЦ впервые реализовал систему из двух куквартов, эквивалентную четырем кубитам. До 2025 г. разработчикам удалось во много раз увеличить вычислительную мощность и перейти к прототипу, эквивалентному 72 кубитам», — отметил CNews генеральный директор РКЦ Максим Острась.
Поделиться
