Учёные из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН провели серию экспериментов на новом квантовом компьютере. Специалисты оценили характеристики первого российского 50-кубитного квантового компьютера на холодных ионах. Результаты опубликованы в журнале «Успехи физических наук».
Компьютер создан по дорожной карте «Квантовые вычисления» под эгидой Госкорпорации «Росатом». Работа началась в 2020 году. Разработка велась с нуля. По итогам проекта удалось догнать мировых лидеров. По словам ФИНА, характеристики системы не уступают зарубежным аналогам. По ряду параметров она их превосходит.
Для квантовых операций используется цепочка из 25 ионов иттербия (¹⁷¹Yb⁺). Их удерживают лазерами и охлаждают почти до абсолютного нуля. Кубитами управляют с помощью лазерных импульсов. Алгоритмы состоят из последовательности таких воздействий.
Ионные вычислители считаются самыми совершенными до 50 кубитов. Основная сложность — выполнение запутывающих операций. Для этого кубиты должны взаимодействовать контролируемо. Также важно увеличить число кубитов без потерь в качестве и скорости.
В ходе тестов измерили точность однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности. Это время, за которое кубиты сохраняют своё квантовое состояние.
Разработчики применили кукварты. В таких системах ион может находиться в четырёх состояниях вместо двух. Это позволяет обрабатывать больше информации. Архитектура подходит для ряда квантовых алгоритмов.
Для её реализации предложены новые научные и технические решения. Разработан способ защиты кудитов от декогеренции. Внедрены новые методы охлаждения ионов и фильтрации лазерных шумов.
В тестах использовались задачи, которые пригодны для практических расчётов. Выполнены алгоритмы Гровера, рассчитана структура молекул, проведена симуляция динамических систем.
Учёные одни из первых применили ионный процессор для реальных задач. В ходе эксперимента нейросеть обучили распознавать рукописные цифры. В будущем технология может применяться для поиска молекул, распознавания лиц, анализа ДНК и других задач.
Компьютер ФИАН — это рабочая платформа для исследований. Следующий этап — повышение точности и времени когерентности. Также продолжается работа с кудитами. В этой области институт — один из мировых лидеров. Проводятся исследования по масштабированию и серийному производству.
Создание коммерческих квантовых компьютеров — цель следующего этапа. Такие устройства должны быть компактными, надёжными и не требовать постоянного обслуживания.
