Квантовый компьютер

В МГУ представлен первый в России прототип 50–кубитного квантового компьютера

Учеными Московского университета и Российского квантового центра в рамках дорожной карты «Квантовые вычисления», которую координирует госкорпорация «Росатом», создан первый в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия. Прототип был успешно протестирован 19 декабря 2024 года в рамках контрольного эксперимента.

В 2020 году Правительством РФ была утверждена дорожная карта развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления». Одной из ее целей было создание до конца 2024 года квантового вычислителя мощностью не менее 50 кубитов. При этом в России есть несколько научных групп, которые развивают свои прототипы на разных технологических платформах: нейтральных атомах, ионах, сверхпроводниках и фотонах. Прототип квантового компьютера Центра квантовых технологий (ЦКТ) физического факультета МГУ основан на одиночных нейтральных атомах рубидия, которые захватываются оптическими пинцетами (сфокусированными лазерными лучами). Кубит кодируется во внутренних степенях свободы этого одиночного атома. 

«Наш прототип – это оптический стол, большую часть которого занимает лазерная система, которая используется для охлаждения и управления состояниями атомов и для создания массива оптических пинцетов, система со сверхвысоким вакуумом и оптическим доступом. В этой вакуумной системе мы создаём магнитооптическую ловушку, в которую захватываем атомы из паров рубидия и охлаждаем лазером. А потом из холодного облака газа захватываем одиночные атомы в сфокусированные оптические микроловушки. В настоящий момент в Центре квантовых технологий МГУ мы можем создавать квантовые регистры из 50 атомов, расположенных в упорядоченном массиве, реализовывать операции над одиночными кубитами с точностью более 0.998 и запутывающие двухкубитные операции с точностью более 0.9. Нейтральные атомы в оптических пинцетах – хорошая система с точки зрения перспектив масштабирования, нам более-менее понятно, как дойти от систем из десятков кубитов к сотням и даже тысячам кубитов», – рассказал руководитель сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий физического факультета МГУ Станислав Страупе.

Работоспособность этой системы, а также возможность подключаться к ней удалённо с помощью облачной платформы была продемонстрирована в рамках контрольного эксперимента 19 декабря 2024 года, который зафиксировал успешное выполнение заявленных в дорожной карте показателей. Работы были выполнены в рамках договора между физическим факультетом МГУ и Российским квантовым центром (РКЦ). На приемке работ присутствовали представители Госкорпорации «Росатом», «Росатом – Квантовые технологии» (ООО «СП «Квант»), РКЦ, Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и ряда других организаций.

«Результаты, полученные в рамках дорожной карты, стали возможными благодаря многолетним исследованиям, которые велись в Центре квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова. За последние 10 лет здесь сформировался коллектив высокопрофессиональных специалистов – в основном, из числа студентов, аспирантов и выпускников физического факультета Московского университета», – добавил научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ, профессор физического факультета МГУ Сергей Кулик.

Это достижение является прекрасным заделом для развития этой системы до уровня 300 и более кубитов, реализации коррекции ошибок и логических кубитов, которые запланированы на следующих этапах работ уже в рамках нового национального проекта и новой дорожной карты. В ближайших планах ученых Центра квантовых технологий физического факультета МГУ – работа по увеличению точности операций и запуску полезных алгоритмов.

«Результат, полученный Центром квантовых технологий Московского университета, – это важный шаг к достижению технологического суверенитета нашей страны. Фокус завершающейся в этом году дорожной карты по квантовым вычислениям – это собственно разработка квантовых вычислителей. На новом этапе для нас важно стартовать практическое применение квантовых инноваций. Атомная отрасль уже запустила программу пилотных внедрений квантовых вычислений. Мы рассчитываем на синергию в этой области усилий Росатома и научных коллективов страны, включая ЦКТ МГУ имени М.В. Ломоносова», – отметила директор по цифровизации госкорпорации «Росатом» Екатерина Солнцева.

https://msu.ru/news/novosti-nauki/v-mgu-predstavlen-pervyy-v-rossii-prototip-50-kubitnogo-kvantovogo-kompyutera-.html?sphrase_id=3871277

В ЮФУ создали систему кодов для устранения ошибок в квантовых компьютерах.

Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) разработали систему кодов для исправления ошибок в будущих квантовых компьютерах, сообщили ТАСС в понедельник в пресс-службе ЮФУ.

"В своем исследовании ученые изучили квантовые коды, исправляющие ошибки для нужд квантовых вычислений, и предложили использовать их как способ защиты от возникновения ошибок из-за влияния внешней среды", - говорится в сообщении.

В ЮФУ уточнили, что на возникновение ошибок при квантовых вычислениях влияют уровень шума и нарушение связи в одном кубите - квантовых аналогах битов - от уровня шума. Сами же ошибки в квантовых вычисления влияют на итоговый результат вычислений и, соответственно, правильную работу устройства.

"Мы исследовали квантовые коды и в ходе работы выяснили ключевые факторы, влияющие на появление ошибок во время квантового вычислительного процесса. На основе полученных данных была выдвинута гипотеза о применении дополнительных кодов к вычислительному процессу на разных стадиях самого вычислительного процесса", - приводятся в сообщении слова доцента кафедры вычислительной техники института компьютерных технологий и информационной безопасности ЮФУ Сергея Гушанского.

Систему, разработанную учеными ЮФУ, можно применять не только в будущих квантовых компьютерах, но и в любых других гаджетах и устройствах, где применяются квантовые вычисления, добавили в пресс-службе.

Результаты исследования ученых ЮФУ поддержаны грантом РФФИ и опубликованы в Software Engineering Application in Systems Design.

В России создан прототип квантового компьютера на ионах (куквартов).

Исследователям удалось разработать систему из четырех кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации - так называемых кудитов.

- На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом, - обозначил главное руководитель проектного офиса по квантовым технологиям в ГК "Росатом" Руслан Юнусов. - Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов. И это особенно примечательно, так как еще пять лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития.

Для понимания открывшихся перспектив необходимо пояснить, чем отличаются классические вычислительные устройства от квантовых. В первом случае вся информация раскладывается на биты - 0 или 1. А в квантовых вычислениях наименьшей единицей информации является квантовый бит (кубит), способный одновременно находиться в обоих состояниях сразу - то есть и 0, и 1. Количество состояний, в которых находится квантовый процессор, быстро растет с увеличением числа кубитов за счет возможности связывать их между собой. Эта особенность позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров.

Однако существуют и расширенные версии кубитов - уже упомянутые кудиты. Они способны одновременно находиться в трех состояниях (кутриты) или даже в четырех - это уже кукварты. Российские физики построили систему из двух куквартов, что полностью эквивалентно четырем кубитам. Работа проводилась научным коллективом ФИАН под руководством Николая Колачевского и группой исследователей Российского квантового центра.

В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере два иона и с помощью лазера провели с ними набор целенаправленных манипуляций. В результате удалось показать, что "качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами". А это сулит в будущем гораздо более высокое качество квантовых алгоритмов.

- Для нас это первый значимый результат в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, - подтвердил Руслан Юнусов.

Источник:

https://rg.ru/2021/12/28/v-rossii-sozdan-prototip-kvantovogo-kompiutera-na-ionah.html