Ученые из Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователям удалось разработать систему из 4 кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации — кудитов.
В классических вычислительных устройствах вся информация раскладывается на биты — 0 или 1, тогда как в квантовых наименьшей единицей информации является квантовый бит (кубит), способный одновременно находиться в обоих состояниях сразу — и 0, и 1. Количество состояний, в которых находится квантовый процессор, быстро растет с увеличением числа кубитов за счет возможности связывать их между собой. Эта особенность позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров
Однако существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные одновременно находиться в 3 состояниях (кутриты) или в 4 состояниях (кукварты). Российские физики построили систему из 2 куквартов, что полностью эквивалентно 4 кубитам.
В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере 2 иона и с помощью лазера провели над ними набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию 2 частиц (Мёльмера-Соренсона). Таким образом удалось показать, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами, что в будущем обеспечит более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.
«В рамках реализации дорожной карты развития квантовых вычислений Росатом выступает интегратором и координатором взаимодействия ведущих научных центров страны и технологического бизнеса. Одна из наших задач - обеспечение российских ученых всем необходимым, чтобы приблизить ожидаемый технологический прорыв. Результаты по созданию квантового компьютера на ионах свидетельствуют о том, что нам удалось набрать необходимый темп. Безусловно, высокой оценки заслуживает научный коллектив Физического института имени П.Н. Лебедева под руководством Николая Колачевского, а также команда Российского квантового центра. В целом в 2021 году Росатом направил на развитие квантовых технологий и создание необходимой исследовательской инфраструктуры более 6 млрд рублей - проведена закупка оборудования и комплектация первых лабораторий. Дальнейшая работа продолжится в соответствии с дорожной картой: до 2024 года на создание квантового компьютера суммарно будет направлено более 23 млрд рублей бюджетных и внебюджетных средств», – отметила Екатерина Солнцева, директор по цифровизации Госкорпорации «Росатом».
«Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития», — подчеркнул Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом».