Учеными Московского университета и Российского квантового центра в рамках дорожной карты «Квантовые вычисления», которую координирует госкорпорация «Росатом», создан первый в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия. Прототип был успешно протестирован 19 декабря 2024 года в рамках контрольного эксперимента.
В 2020 году Правительством РФ была утверждена дорожная карта развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления». Одной из ее целей было создание до конца 2024 года квантового вычислителя мощностью не менее 50 кубитов. При этом в России есть несколько научных групп, которые развивают свои прототипы на разных технологических платформах: нейтральных атомах, ионах, сверхпроводниках и фотонах. Прототип квантового компьютера Центра квантовых технологий (ЦКТ) физического факультета МГУ основан на одиночных нейтральных атомах рубидия, которые захватываются оптическими пинцетами (сфокусированными лазерными лучами). Кубит кодируется во внутренних степенях свободы этого одиночного атома.
«Наш прототип – это оптический стол, большую часть которого занимает лазерная система, которая используется для охлаждения и управления состояниями атомов и для создания массива оптических пинцетов, система со сверхвысоким вакуумом и оптическим доступом. В этой вакуумной системе мы создаём магнитооптическую ловушку, в которую захватываем атомы из паров рубидия и охлаждаем лазером. А потом из холодного облака газа захватываем одиночные атомы в сфокусированные оптические микроловушки. В настоящий момент в Центре квантовых технологий МГУ мы можем создавать квантовые регистры из 50 атомов, расположенных в упорядоченном массиве, реализовывать операции над одиночными кубитами с точностью более 0.998 и запутывающие двухкубитные операции с точностью более 0.9. Нейтральные атомы в оптических пинцетах – хорошая система с точки зрения перспектив масштабирования, нам более-менее понятно, как дойти от систем из десятков кубитов к сотням и даже тысячам кубитов», – рассказал руководитель сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий физического факультета МГУ Станислав Страупе.
Работоспособность этой системы, а также возможность подключаться к ней удалённо с помощью облачной платформы была продемонстрирована в рамках контрольного эксперимента 19 декабря 2024 года, который зафиксировал успешное выполнение заявленных в дорожной карте показателей. Работы были выполнены в рамках договора между физическим факультетом МГУ и Российским квантовым центром (РКЦ). На приемке работ присутствовали представители Госкорпорации «Росатом», «Росатом – Квантовые технологии» (ООО «СП «Квант»), РКЦ, Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и ряда других организаций.
«Результаты, полученные в рамках дорожной карты, стали возможными благодаря многолетним исследованиям, которые велись в Центре квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова. За последние 10 лет здесь сформировался коллектив высокопрофессиональных специалистов – в основном, из числа студентов, аспирантов и выпускников физического факультета Московского университета», – добавил научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ, профессор физического факультета МГУ Сергей Кулик.
Это достижение является прекрасным заделом для развития этой системы до уровня 300 и более кубитов, реализации коррекции ошибок и логических кубитов, которые запланированы на следующих этапах работ уже в рамках нового национального проекта и новой дорожной карты. В ближайших планах ученых Центра квантовых технологий физического факультета МГУ – работа по увеличению точности операций и запуску полезных алгоритмов.
«Результат, полученный Центром квантовых технологий Московского университета, – это важный шаг к достижению технологического суверенитета нашей страны. Фокус завершающейся в этом году дорожной карты по квантовым вычислениям – это собственно разработка квантовых вычислителей. На новом этапе для нас важно стартовать практическое применение квантовых инноваций. Атомная отрасль уже запустила программу пилотных внедрений квантовых вычислений. Мы рассчитываем на синергию в этой области усилий Росатома и научных коллективов страны, включая ЦКТ МГУ имени М.В. Ломоносова», – отметила директор по цифровизации госкорпорации «Росатом» Екатерина Солнцева.