Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН завершили серию исследовательских экспериментов, в результате которых были оценены важнейшие характеристики первого российского 50-кубитного квантового компьютера. Он разработан с применением технологии холодных ионов. Хотя проект стартовал практически с нуля, итоговая система достигла уровня зарубежных аналогов и даже превзошла их по отдельным показателям производительности, говорится на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.
По словам экспертов, в отечественном суперкомпьютере квантовые операции выполняются с помощью линейной структуры из 25 ионов иттербия (¹⁷¹Yb⁺). Они фиксируются лазером и охлаждаются практически до температуры абсолютного нуля. В данном состоянии кубитами управляют с помощью импульсов лазерного излучения, а квантовые алгоритмы представляют собой определенные последовательности указанных воздействий.
В ходе тестирования ученые проверили ключевые характеристики компьютера — достоверность однокубитных и двухкубитных операций. Кроме того, было исследовано время когерентности, то есть согласованной работы кудитов (ионов, где больше двух кубитов) до того, как их квантовое состояние будет разрушено.
Российские разработчики подчеркнули одну из уникальных черт своего подхода — использование куквартов. Эта схема подразумевает возможность одновременного нахождения иона сразу в четырех различных состояниях, тогда как традиционные кубиты ограничиваются двумя состояниями. Благодаря этому удается хранить и обрабатывать больший объем информации. Для реализации такой архитектуры эксперты предложили целый ряд новаторских научных и инженерных решений. Например, был разработан специальный метод защиты кудитов от процесса декогеренции. Помимо этого, были внедрены усовершенствованные способы охлаждения ионов, подавления шума лазеров и прочие технические нововведения.
Во время тестирования разработки специалисты применяли задачи, предназначенные для будущих реальных квантовых расчетов. Например, были проведены эксперименты с алгоритмом Гровера, предназначенным для поиска элементов в несортированных базах данных. Также выполнялись моделирования структуры молекулярных соединений и динамики различных физических систем.
Кроме того, отечественные специалисты одними из первых в мировой практике задействовали ионный процессор для решения практических задач. Ученые успешно натренировали нейросеть сортировать написанные от руки изображения цифр. Технология имеет большие перспективы для дальнейшего применения, включая ускоренный поиск эффективных молекул, распознавание изображений лица и проверку генетической информации.
«Разработанный в нашем Институте квантовый компьютер — это не просто экспериментальный прототип — это полноценная платформа для проведения исследований и решения задач. Следующий этап развития системы связан с повышением точности операций и времени когерентности. Помимо этого, мы продолжаем изучать новые подходы к использованию кубитов, где являемся одними из лидеров в мире. Также осваиваем подходы к масштабированию устройств и их серийному производству», — заключает директор ФИАН, академик РАН Николай Колачевский.
Ранее физики подтвердили существование неуловимой квантовой спиновой жидкости.
