В России создан мощный квантовый компьютер на семидесяти кубитах

Система вышла за рамки лабораторного эксперимента

Российские ученые создали первый в стране квантовый компьютер на основе ионов, использующий новый тип квантовых единиц, работающих с семью энергетическими уровнями.

Руководитель Российского квантового центра (РКЦ) Максим Острась рассказал, что исследователи начали тестирование этого многоуровневого подхода в 2021 году на гораздо меньшей системе.Большинство ныне существующих квантовых компьютеров построены с использованием кубитов, которые являются квантовыми версиями классических компьютерных битов. Обычный кубит имеет только два возможных энергетических уровня, подобно искусственному атому.

Однако сейчас учёные разрабатывают более сложные квантовые системы, такие как трёх- и четырёхуровневые системы, и даже системы более высокого уровня, поскольку они могут хранить и обрабатывать больше информации, используя меньшее количество частиц. Эти системы более мощные, но и более сложны в управлении.

Новый российский квантовый компьютер использует 26 ионов кальция, причём каждый ион действует как семиуровневая квантовая единица, способная принимать значения от нуля до шести. Для создания системы исследовательская группа под руководством учёного РКЦ Кирилла Лахманского разработала специализированное лазерное оборудование и сложную оптическую структуру, позволяющую точно контролировать квантовые состояния и выполнение ключевых логических операций.

В настоящее время область квантовых вычислений находится в режиме NISQ, что означает шумные приборы со средними показателями по количеству кубитов в системе. Лидеры направлений в области квантовых вычислений ставят целью перейти на новый рубеж, и мы не являемся исключением. Основным ограничением для ионных платформ является масштабирование – увеличение количества кубитов в системе без потери скорости и качества запутывающих операций. Работа нашей группы нацелена на масштабирование квантовых вычислений на базе ионных кубитов как в 3D ловушках Пауля, так и с помощью поверхностных ловушек

Кирилл Лахманский

научный руководитель группы «Квантовые вычисления на холодных ионах» Российского квантового центра

Рекордная точность квантовых алгоритмов

В 70-кубитном режиме на полном регистре были запущены несколько квантовых алгоритмов, включая поиск по базе данных (алгоритм Гровера), алгоритм Бернштейна - Вазирани и подготовку GHZ-состояния. Разработчики отметили, что система предназначена для практического тестирования и оптимизации квантовых алгоритмов.

Тесты показали, что процессор может выполнять однокубитные операции с точностью 99,92% и двухкубитные операции с точностью 96,5%, что является рекордным уровнем для квантовых систем такого размера.

Компьютер уже интегрирован в облачную платформу, и исследователи из других институтов могут отправлять на него задачи удалённо. Это открывает путь к тестированию квантовых алгоритмов для химического моделирования, оптимизации логистических цепочек и задач материаловедения.

Создание 70-кубитной системы не финал, а отправная точка. И перед разработчиками стоят уже новые задачи – повышение стабильности операций, масштабирование до сотен кубитов и внедрение системы коррекции ошибок. Огромное достижение заключается в том, что российская квантовая платформа перестала быть прототипом и начала решать реальные вычислительные задачи.

Кирилл Лахманский рассказал, что команда планирует в ближайшее время использовать новый квантовый компьютер для запуска алгоритмов комбинаторной оптимизации, которые широко используются в проектировании сетей и других сложных задачах планирования.