Учёные из Российского квантового центра (РКЦ) представили первый ионный квантовый компьютер на кусептах. Эта квантовая система оперирует сразу семью уровнями квантовых состояний. Новая архитектура позволила построить процессор, эквивалентный 72 кубитам. Система обеспечивает рекордную для квантовых систем такого масштаба точность двухкубитных операций. Как рассказали информационной службе Хабра в пресс‑службе РКЦ, это первая в стране реализация семиуровневой квантовой системы. В мире лишь несколько научных команд достигли сопоставимого результата.
В классических вычислениях минимальной единицей информации является бит. Он принимает значение 0 или 1. Квантовые компьютеры оперируют кубитами. Кубиты способны находиться в двух состояниях одновременно: и 0, и 1. Квантовые системы можно расширять не только за счёт увеличения числа кубитов. Их можно наращивать благодаря увеличению числа уровней.
Многоуровневые квантовые кубиты называют кудитами. Каждый из них имеет собственное название в зависимости от числа уровней. Трёхуровневые кудиты называются кутритами. Четырёхуровневые кудиты называются куквартами. В представленном процессоре использованы 26 ионов кальция. В нём впервые в России реализованы семиуровневые кудиты. Это кусепты, способные принимать значения от 0 до 6.
Для построения процессора команда во главе с Кириллом Лахманским разработала специальные лазерные системы. Работа велась в рамках российского квантового проекта. Была создана сложная оптическая архитектура. Также была усовершенствована управляющая электроника и программное обеспечение. В ходе контрольного эксперимента исследователи реализовали на новом компьютер�� однокубитные и двухкубитные операции. Средняя точность однокубитных операций составила 99,92%. Точность двухкубитных операций составила 96,5%.
В ближайшей перспективе исследователи планируют приступить к интеграции поверхностных ионных ловушек. Это позволит обеспечить индивидуальный контроль каждого иона. Также это дополнительно повысит точность вычислений.
Генеральный директор РКЦ Максим Острась отметил, что развитие квантового компьютера не сводится к механическому наращиванию числа кубитов. Команда должна думать о том, как выбранная архитектура будет масштабироваться в будущем. Кубиты и кудиты представляют собой разные пути развития.
Состоятельность многоуровневого подхода была показана ещё в 2021 году. Тогда РКЦ впервые реализовал систему из двух куквартов. Она была эквивалентна четырём кубитам. За четыре года удалось во много раз увеличить вычислительную мощность. Был создан прототип, эквивалентный 72 кубитам.
Как пояснил руководитель научной группы РКЦ по созданию квантового компьютера на холодных ионах Кирилл Лахманский, чем сложнее квантовые системы создаются, тем ближе их практическое применение в индустрии. Ключевое преимущество нового процессора на кусептах заключается в удобстве масштабирования. Вычислительную мощность можно кратно наращивать за счёт увеличения числа уровней кудитов. Также это можно делать за счёт числа ионов.
В начале 2026 года планируется приступить к реализации алгоритма MaxCut. Алгоритм предназначен для решения задачи комбинаторной оптимизации. Эта задача имеет важное значение для логистики, проектирования сетей и статистической физики.
