Это первая в стране реализация семиуровневой квантовой системы — процессора на кусептах с информационной емкостью в 72 кубита. В мире лишь несколько научных команд достигли сопоставимого результата.
Ученые из Российского квантового центра представили первый ионный квантовый компьютер на кусептах — квантовую систему, оперирующую сразу семью уровнями квантовых состояний. Новая архитектура позволила построить процессор эквивалентный 72 кубитам и обеспечить рекордную для квантовых систем такого масштаба точность двухкубитных операций.
В классических вычислениях минимальной единицей информации является бит, принимающий значение 0 или 1. Квантовые компьютеры оперируют кубитами, способными находиться в двух состояниях одновременно — и 0, и 1. Однако квантовые системы могут масштабироваться не только за счет увеличения числа кубитов, но и благодаря наращиванию их уровней. Многоуровневые квантовые кубиты называют кудитами, и каждый их них имеет собственное название в зависимости от числа уровней. Трехуровневые кудиты — кутриты, четырехуровневые кудиты — кукварты. В представленном процессоре на основе 26 ионов кальция впервые в России реализованы семиуровневые кудиты — кусепты, способные принимать значения от 0 до 6.
Для построения процессора команда во главе с Кириллом Лахманским в рамках российского квантового проекта разработала специализированные лазерные системы и сложную оптическую архитектуру, а также усовершенствовала управляющую электронику и программное обеспечение. В ходе контрольного эксперимента по дорожной карте развития квантовых вычислений исследователи реализовали на новом компьютере однокубитные и двухкубитные операции, средняя точность которых составила 99,92% и 96,5% соответственно.
В ближайшей перспективе исследователи планируют приступить к интеграции поверхностных ионных ловушек, что позволит обеспечить индивидуальный контроль каждого иона и дополнительно повысить точность вычислений.
«Развитие квантового компьютера не сводится к механическому наращиванию числа кубитов. Уже на ранних этапах команда должна думать наперед о том, как выбранная архитектура будет масштабироваться в будущем и не приведет ли она к технологическому тупику. Кубиты — это один путь, кудиты — другой. Состоятельность многоуровневого подхода мы показали еще в 2021 году, когда Российский квантовый центр впервые реализовал систему из двух куквартов, эквивалентную четырем кубитам. Всего за четыре года нам удалось во много раз увеличить вычислительную мощность и перейти к прототипу, эквивалентному 72 кубитам», — отметил Максим Острась, генеральный директор Российского квантового центра.
«Чем более сложные квантовые системы мы создаем, тем ближе подходим к их практическому применению в индустрии. Ключевое преимущество процессора на кусептах — удобство масштабирования: мы можем кратно наращивать вычислительную мощность как за счет увеличения числа уровней кудитов, так и за счет числа ионов. В начале следующего года мы планируем приступить к реализации алгоритма MaxCut для решения фундаментальной задачи комбинаторной оптимизации, имеющей важное значение для логистики, проектирования сетей и статистической физики», — отметил Кирилл Лахманский, руководитель научной группы Российского квантового центра по созданию квантового компьютера на холодных ионах.
Источник: компания Nanga Agency
