Российские учёные совершили прорыв: в стране появился первый квантовый компьютер, работающий на кусептах. Это семиуровневая квантовая система — её вычислительная мощность эквивалентна процессору с 72 кубитами. Лишь несколько научных команд в мире могут похвастаться сопоставимыми результатами.
В чём уникальность разработки
В основе новинки — ионный квантовый компьютер. Его особенность в том, что он оперирует сразу семью уровнями квантовых состояний. Чтобы понять масштаб достижения, стоит вспомнить, как устроены вычисления. В обычных компьютерах минимальная единица информации — бит: он может быть либо 0, либо 1. Квантовые компьютеры работают с кубитами, которые одновременно могут быть и 0, и 1. Но есть и другой путь развития — наращивание уровней внутри самих квантовых единиц. Такие многоуровневые элементы называют кудитами. У каждого варианта — своё название: например, у трёх уровней — кутриты, у четырёх — кукварты, а у семи — как в новом российском компьютере — кусепты. Они могут принимать значения от 0 до 6.
Созданная система — не просто демонстрация возможностей. Во время контрольных тестов точность однокубитных операций достигла 99,92 %, а двухкубитных — 96,5 %. Такого уровня точности удалось добиться благодаря кропотливой работе: учёные разработали специальные лазерные системы и сложную оптическую архитектуру, усовершенствовали управляющую электронику и программное обеспечение. Руководил командой Кирилл Лахманский.
Что это даст в будущем
«Развитие квантового компьютера не сводится к механическому наращиванию числа кубитов. Уже на ранних этапах команда должна думать наперёд — как выбранная архитектура будет масштабироваться в будущем», — отмечает Максим Острась, генеральный директор Российского квантового центра (РКЦ).
Главное преимущество новой системы — её гибкость. Вычислительную мощность можно кратно наращивать двумя способами: либо увеличивая число уровней кудитов, либо добавляя новые ионы. В начале следующего года учёные планируют испытать процессор на решении задачи комбинаторной оптимизации — для этого будет реализован алгоритм MaxCut. Это важно для логистики, проектирования сетей и статистической физики.
«Чем более сложные квантовые системы мы создаём, тем ближе подходим к их практическому применению в индустрии», — подчёркивает Кирилл Лахманский, руководитель научной группы РКЦ по созданию квантового компьютера на холодных ионах.
Российский квантовый центр за короткое время стал одним из лидеров в области квантовых технологий. Ещё в 2018 году он первым в мире запустил квантовый блокчейн, а в 2021-м представил первый отечественный ионный квантовый компьютер на кудитах. Тогда была реализована система из двух куквартов — она была эквивалентна четырём кубитам. За четыре года учёным удалось многократно нарастить вычислительную мощность и выйти на уровень, эквивалентный 72 кубитам.
Сейчас исследователи готовятся к следующему этапу: они планируют интегрировать поверхностные ионные ловушки. Это позволит индивидуально контролировать каждый ион и ещё больше повысить точность вычислений.