Испытан квантовый компьютер с рекордным для России количеством кубитов

Российский квантовый компьютер

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) сообщил об успешном испытании квантового вычислительного устройства. Это первый в России 50-кубитный компьютер, построенный по технологии холодных ионов, говорится в сообщении на сайте ФИАН.

Ученым удалось решить проблему увеличения числа кубитов без потери качества и скорости операций. Компьютер по своим характеристикам не уступает аналогам, а по ряду параметров превосходит их, отметили представители института.

Причем, по словам директора ФИАН, академика РАН Николая Колачевского, это не просто экспериментальный прототип, а «полноценная платформа для проведения исследований и решения задач».

Развивать систему планируется в направлении повышения точности операций и времени когерентности (согласованность квантовых колебательных процессов). Изучается также вопрос масштабирования устройств и серийного производства.

Разработка велась в рамках дорожной карты развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления», утвержденной Правительством в 2020 г. и ставящей в качестве одной из целей создание до конца 2024 г. квантового вычислителя мощностью не менее 50 кубитов

Испытание на реальных задачах

В процессе испытаний ученые использовали задачи, которые в будущем позволят проводить реальные квантовые расчеты — осуществили алгоритмы Гровера, которые предполагают поиск по неупорядоченной базе данных; рассчитали структуру нескольких молекул; провели симуляцию ряда динамических систем.

В одном из экспериментов специалисты ФИАН обучили нейросеть сортировать написанные от руки изображения цифр, что может применяться, например, для быстрого поиска новых эффективных молекул, распознавания лиц, проверки ДНК и др.

«В ходе тестирования были исследованы ключевые характеристики компьютера — достоверность однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности — согласованной работы кудитов до того, как их квантовое состояние будет разрушено», — сказал научный сотрудник ФИАН Илья Заливако.

В российском вычислителе ученые используют цепочку из 25 ионов иттербия (???Yb?), охлажденных почти до абсолютного нуля. Одна из особенностей отечественного подхода — применение куквартов. Это системы, в которых ион может одновременно находиться не в двух состояниях, как в кубитах, а в четырех, что позволяет сохранять и обрабатывать больше информации, пояснили разработчики.

Кудиты (ионы, где больше двух кубитов) могут находиться в трех (кутриты), четырех (кукварты), пяти (куквинты) и более состояниях. Эти состояния позволяют плотнее кодировать данные в физических носителях, запускать более сложные и комплексные квантовые алгоритмы и наращивать мощность и скорость вычислений квантового процессора. Сейчас же большая часть исследований, посвященных квантовым операциям, сосредоточена на кубитах.

Рекорды по кубитам

Самые передовые системы квантовых вычислений сталкиваются с двойной проблемой — как увеличить количество кубитов и уменьшить частоту ошибок, так как кубиты взаимодействуют с окружением, которое является источником шумов.

Российские ученые из МФТИ запустили первый российский 12-кубитный квантовый процессор в январе 2024 г. В феврале 2024 г. «Росатом» заявлял о создании 20-кубитного квантового компьютера на ионной платформе и 25-кубитного на атомной.

В декабре 2024 г. ученые физического факультета Московского университета и Российского квантового центра представили первый в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия.

«Прорывом» в квантовых вычислениях осенью 2024 г. СМИ называли 105-кубитный чип Willow от Google. Соединить 1,18 тыс. кубитов удалось калифорнийскому стартапу Atom Computing в октябре 2023 г., что более чем вдвое превысило предыдущее достижение IBM от ноября 2022 года — 433 кубита.