50 кубитов в деле: российский квантовый компьютер прошёл испытания и уже решает задачи
NewsMakerБез IBM и без Google: в России появился конкурент в квантовой гонке.
Российский 50-кубитный квантовый компьютер успешно прошёл тестовые испытания. Устройство создано учёными из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН на основе технологии холодных ионов. Ведущие характеристики компьютера были исследованы в рамках серии экспериментов, результаты которых опубликованы в журнале «Успехи физических наук».
Разработка велась в рамках дорожной карты «Квантовые вычисления» под эгидой Госкорпорации «Росатом», стартовавшей в 2020 году. Несмотря на то, что проект начинался практически с нуля, разработчикам удалось создать систему, не уступающую мировым аналогам, а по ряду параметров — их превосходящую.
В основе компьютера — цепочка из 25 ионов иттербия (¹⁷¹Yb⁺), удерживаемых лазерами и охлаждённых до околонулевых температур. Управление кубитами осуществляется с помощью лазерных импульсов. Квантовые алгоритмы представляют собой последовательности таких воздействий.
Как пояснил научный сотрудник ФИАН Илья Заливако, на уровне до 50 кубитов ионные вычислители считаются наиболее совершенными. Одна из ключевых задач при их создании — обеспечить запутывающие операции, при которых кубиты контролируемо взаимодействуют между собой. Также важна возможность увеличивать число кубитов без потери качества и скорости операций. В рамках тестирования были изучены параметры надёжности однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности — периода согласованной работы кубитов до разрушения их квантового состояния.
Ионная ловушка
Одна из особенностей отечественного подхода, пояснили разработчики, — применение куквартов. Это системы, в которых ион может одновременно находиться не в двух состояниях, как в кубитах, а в четырёх, что позволяет сохранять и обрабатывать больше информации. Для реализации такой архитектуры в ФИАН разработали ряд оригинальных научных и технических решений. В частности, был предложен новый способ защиты кудитов (ионов, где больше двух кубитов) от декогеренции, разработаны методы охлаждения ионов, фильтрации шумов лазера и другие технологические новации.
В ходе испытаний использовались задачи, приближённые к реальному квантовому расчёту. В частности, был реализован алгоритм Гровера для поиска по неупорядоченной базе данных, рассчитана структура нескольких молекул и выполнена симуляция динамических систем.
Также специалисты ФИАН одними из первых в мире применили ионный процессор для решения практически значимых задач. В частности, была обучена нейросеть для сортировки написанных от руки изображений цифр. В будущем технология может использоваться, например, для поиска новых молекул, распознавания лиц, анализа ДНК и других задач.
По словам директора ФИАН, академика РАН Николая Колачевского, созданный в Институте квантовый компьютер — это полноценная платформа для проведения исследований и решения прикладных задач. Следующий этап развития связан с повышением точности операций и времени когерентности, а также с изучением новых подходов к использованию кудитов, в чём ФИАН уже является одним из лидеров. Параллельно ведётся работа по масштабированию устройств и подготовке к их серийному производству.
Колачевский также отметил, что коммерческие квантовые компьютеры должны стать результатом следующего этапа дорожной карты. Для этого необходимо обеспечить их компактизацию, автоматизацию, надёжность и возможность работы без постоянного обслуживания.
Российский 50-кубитный квантовый компьютер успешно прошёл тестовые испытания. Устройство создано учёными из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН на основе технологии холодных ионов. Ведущие характеристики компьютера были исследованы в рамках серии экспериментов, результаты которых опубликованы в журнале «Успехи физических наук».
Разработка велась в рамках дорожной карты «Квантовые вычисления» под эгидой Госкорпорации «Росатом», стартовавшей в 2020 году. Несмотря на то, что проект начинался практически с нуля, разработчикам удалось создать систему, не уступающую мировым аналогам, а по ряду параметров — их превосходящую.
В основе компьютера — цепочка из 25 ионов иттербия (¹⁷¹Yb⁺), удерживаемых лазерами и охлаждённых до околонулевых температур. Управление кубитами осуществляется с помощью лазерных импульсов. Квантовые алгоритмы представляют собой последовательности таких воздействий.
Как пояснил научный сотрудник ФИАН Илья Заливако, на уровне до 50 кубитов ионные вычислители считаются наиболее совершенными. Одна из ключевых задач при их создании — обеспечить запутывающие операции, при которых кубиты контролируемо взаимодействуют между собой. Также важна возможность увеличивать число кубитов без потери качества и скорости операций. В рамках тестирования были изучены параметры надёжности однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности — периода согласованной работы кубитов до разрушения их квантового состояния.
Ионная ловушка
Одна из особенностей отечественного подхода, пояснили разработчики, — применение куквартов. Это системы, в которых ион может одновременно находиться не в двух состояниях, как в кубитах, а в четырёх, что позволяет сохранять и обрабатывать больше информации. Для реализации такой архитектуры в ФИАН разработали ряд оригинальных научных и технических решений. В частности, был предложен новый способ защиты кудитов (ионов, где больше двух кубитов) от декогеренции, разработаны методы охлаждения ионов, фильтрации шумов лазера и другие технологические новации.
В ходе испытаний использовались задачи, приближённые к реальному квантовому расчёту. В частности, был реализован алгоритм Гровера для поиска по неупорядоченной базе данных, рассчитана структура нескольких молекул и выполнена симуляция динамических систем.
Также специалисты ФИАН одними из первых в мире применили ионный процессор для решения практически значимых задач. В частности, была обучена нейросеть для сортировки написанных от руки изображений цифр. В будущем технология может использоваться, например, для поиска новых молекул, распознавания лиц, анализа ДНК и других задач.
По словам директора ФИАН, академика РАН Николая Колачевского, созданный в Институте квантовый компьютер — это полноценная платформа для проведения исследований и решения прикладных задач. Следующий этап развития связан с повышением точности операций и времени когерентности, а также с изучением новых подходов к использованию кудитов, в чём ФИАН уже является одним из лидеров. Параллельно ведётся работа по масштабированию устройств и подготовке к их серийному производству.
Колачевский также отметил, что коммерческие квантовые компьютеры должны стать результатом следующего этапа дорожной карты. Для этого необходимо обеспечить их компактизацию, автоматизацию, надёжность и возможность работы без постоянного обслуживания.