Особый путь: как Россия развивает квантовые компьютеры

Что такое ионные компьютеры, и в каких операциях могут быть задействованы – редакции IT Speaker рассказал директор Института физики и квантовой инженерии университета «МИСИС» Алексей Федоров.

Россия входит число лидеров в развитии квантовых технологий, однако отечественные ученые не повторяют, а идут по собственному, непроторенному никем пути. Например, самый мощный на сегодняшний день российский квантовый компьютер построен с применением кудитной системы, которая имеет преимущества перед кубитной реализацией.

Квантовые ионные компьютеры, работающие в различных странах мира, традиционно применяют кубитную реализацию, при которой в каждый физические объект, например, атом или ион, кодируется один кубит (квантовый бит). Но самый мощный отечественный квантовый компьютер, разработанный на базе совместной лаборатории ФИАН им. П.Н. Лебедева и Российского квантового центра (РКЦ), работает на кудитной схеме. Предложенный российскими учеными метод предполагает, что в каждый ион кодируется не один кубит, а два или более, за счет чего часть вычислительных операции делается в рамках одного иона.

«В этом смысле мы идем по непроторенной дороге в квантовых вычислениях, создаем альтернативную систему, делаем публикации, получили патент. Недавно начали использовать нашу систему для запуска реальных квантовых алгоритмов и демонстрации преимуществ кудитов перед традиционной кубитной реализацией. За счет этого мы можем увеличивать объем информации, кодируемой в каждый конкретный носитель. И тем самым добиваться увеличения вычислительных возможностей квантового компьютера», – отметил директор Института физики и квантовой инженерии университета «МИСИС» Алексей Федоров. 

Трехуровневые кудиты – кутриты – были применены для исследования фазовых переходов с нарушением симметрии двумя российскими научными группами.

По словам Федорова, квантовые компьютеры на основе ионных кудитов – весьма перспективное направление, которое активно осваивают российские ученые. В отличие от квантовых компьютеров на основе атомов, ионы – это заряженные частицы, что позволяет повысить точность разрабатываемых устройств. Главная проблема такой системы – сложность масштабирования, поэтому сейчас отечественные специалисты по квантовым технологиям работают над проектами особых ионных ловушек, которые позволят собирать нужное количество ионов в группы, не снижая точности операций. Разработка квантовых компьютеров ведется в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, за реализацию которой отвечает ГК «Росатом».