С 2019 года «Росатом» координирует разработку универсального квантового компьютера в России. В проект предполагается вложить свыше 23 млрд рублей, чтобы к 2024 году создать и предоставить облачный доступ к российскому квантовому компьютеру. Сегодня в рамках реализации этой «дорожной карты» российские учёные представили прототип квантового компьютера на ионах с очень нетривиальным решением.

Как известно, квантовые процессоры оперируют квантовыми битами — кубитами. В такой схеме некие отдельные частицы вещества проявляют квантовые свойства, которыми можно управлять и которые можно считывать. В классическом случае кубит оперирует двумя состояниями (0 и 1) в суперпозиции, когда оба они равновероятны. В реальности в состоянии суперпозиции кубит может принимать все возможные значения от 0 до 1. Поэтому для расширения числа логических состояний одной единственной квантовой частицы группа российских физиков в 2015 году предложила понятие ку(d)ита — кубита с суперпозицией из более чем двух логических состояний (d).

Чем больше у кудита логических состояний, тем более мощный квантовый компьютер можно создать без увеличения числа «кубитов». Например, всего пара кудитов с 32-уровневыми состояниями для каждого может эмулировать 20-кубитовый вычислитель, что несколько лет назад показали исследователи из Университета Пердью. Очевидно, что такие системы обещают простое масштабирование и, потенциально, могут быть дешевле классических квантовых систем. Именно по этому пути может пойти развитие универсальных квантовых компьютеров в России, хотя сегодня об этом говорить, возможно, ещё рано.

Представленный учёными Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН прототип квантового компьютера — это система на 4-х ионах на основе кудитов.

«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 [кудит с четырьмя состояниями], превосходит качество операций над независимыми частицами, что в будущем обеспечит более высокое качество реализации квантовых алгоритмов», — говорится в пресс-релизе «Росатома».

Примечательно, что всего пять лет назад квантовые системы на ионах не считались приоритетным направлением развития в квантовых компьютерах. Новые исследования (и не только российских учёных) выдвигают работу с ионами в качестве кубитов на первый план. Российские разработчики могут пойти по ещё более экзотическому пути, начав наращивание мощности квантовых систем за счёт множественной суперпозиции одиночных частиц. Представленный прототип об этом прямо говорит: система из 2 куквартов показала более стабильное поведение, чем 4 кубита.


Источник: 3dnews.ru