В России создан универсальный квантовый компьютер на ионах

Испытания в криптологической лаборатории Российского квантового центра Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ
Испытания в криптологической лаборатории Российского квантового центра Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

Прототип разработан по программе квантовых вычислений «Росатома».

kommersant.ru

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, а 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 трех состо­я­ни­ях (кут­ри­ты) или в четы­рех состо­я­ни­ях (кук­вар­ты). Рос­сий­ские физи­ки постро­и­ли систе­му из 2 кук­вар­тов, что пол­но­стью экви­ва­лент­но 4 куби­там.

В ходе экс­пе­ри­мен­та иссле­до­ва­те­ли захва­ти­ли в ваку­ум­ной каме­ре два иона и с помо­щью лазе­ра про­ве­ли над ними набор одно­ку­дит­ных опе­ра­ций, двух­ку­бит­ную опе­ра­цию внут­ри куди­та, а так­же опе­ра­цию по пере­пу­ты­ва­нию двух 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 руб.— про­ве­де­ны 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 руб. 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 пять лет назад ионы не счи­та­лись при­о­ри­тет­ным направ­ле­ни­ем раз­ви­тия»,— под­черк­нул Рус­лан Юну­сов, руко­во­ди­тель про­ект­но­го офи­са по кван­то­вым тех­но­ло­ги­ям госкор­по­ра­ции «Роса­том».

Генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов  Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

Гене­раль­ный дирек­тор Рос­сий­ско­го кван­то­во­го цен­тра Рус­лан Юну­сов Фото: Юрий Мартья­нов, Ком­мер­сантъ

Рос­сий­ский кван­то­вый цен­тр (РКЦ) — неком­мер­че­ский науч­но-тех­но­ло­ги­че­ский цен­тр уни­каль­но­го для Рос­сии фор­ма­та, за корот­кое вре­мя заняв­ший лиди­ру­ю­щие пози­ции в сво­ей обла­сти науч­ных иссле­до­ва­ний, а так­же в раз­ра­бот­ке высо­ко­тех­но­ло­гич­ных ком­мер­че­ских про­дук­тов на осно­ве кван­то­вых тех­но­ло­гий. Коман­да иссле­до­ва­те­лей РКЦ насчи­ты­ва­ет более 350 уче­ных, вклю­чая веду­щих рос­сий­ских и миро­вых спе­ци­а­ли­стов. За деся­ть лет суще­ство­ва­ния РКЦ сфор­ми­ро­вал 17 науч­ных групп и про­ек­тов, восе­мь тех­но­ло­ги­че­ских стар­та­пов, постро­ил 16 лабо­ра­то­рий, орга­ни­зо­вал и про­вел шесть боль­ших меж­ду­на­род­ных кон­фе­рен­ций и осно­вал три науч­ные шко­лы. Имен­но РКЦ в 2018 году пер­вым в мире запу­стил кван­то­вый блок­чейн, а сей­час участ­ву­ет в про­ек­те по созда­нию кван­то­во­го ком­пью­те­ра под эги­дой госкор­по­ра­ции «Роса­том».