Российские ученые впервые продемонстрировали 4-кубитный квантовый процессор

Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами из МФТИ впервые в России смогли реализовать четырехкубитный квантовый процессор и продемонстрировать на нем точности двухкубитных операций CZ более 97%.

В эксперименте использовалась разработанная и изготовленная сотрудниками Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ сверхпроводниковая интегральная квантовая микросхема.

Краткая справка:

Компьютеры, которыми мы сейчас пользуемся, используют в качестве единицы информации бит, который может принимать два значения: включено или выключено - 0 или 1. Кубит - как единица информации квантового компьютера, также может быть в позиции 0 или 1, но при этом способен находиться и в их суперпозиции, то есть быть и 0, и 1 одновременно.

Такая суперпозиция позволяет процессору, состоящему из многих кубитов, делать вычисления за максимально короткое время, на несколько порядков превышающее возможности современных компьютеров.

Что представляет собой четырехкубитный процессор?

Разработанная учеными МФТИ квантовая интегральная микросхема содержит 5 кубитов, один из которых в эксперименте не использовался. Кубиты из чистого алюминия (на схеме они представлены крестиками) нанесены на кремниевую пластину по соответствующему рисунку.

Эта микросхема устанавливается в специальный держатель и там работает, если ее охладить до сверхнизких температур - порядка десятков милликельвинов. Квантовая информация в кубитах очень чувствительна к тепловым шумам и электромагнитным помехам, поэтому температура должна быть близкой к абсолютному нулю.

(2)

Результаты эксперимента:

Эксперимент был проведен в МФТИ 8 ноября. Реализовать калиброванную операцию CZ с точностью более 97% позволили оборудование, предоставленное учеными Университета науки и технологий МИСИС, и программный код, разработанный ими ранее для демонстрации двухкубитных операций на регистре из двух сверхпроводниковых флаксониевых кубитов.

Цитата

"Нам удалось показать высокоэффективные квантовые операции на системе 4-х кубитов, что является уникальным достижением для российских квантовых технологий. В проведенном эксперименте время отдельной логической операции составляет около 0.025 мкс. Это позволяет реализовать более 3200 операций за время жизни квантового состояния процессора. При изготовлении квантовой интегральной микросхемы технологами из МФТИ были отработаны важные особенности технологического процесса, что позволило нам существенно улучшить ключевые характеристики кубитов", - рассказал заведующий Лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олег Астафьев.

Цитата

"Впервые в России были экспериментально реализованы алгоритмы перекрестно-энтропийного тестирования и квантовой томографии процесса, которые теперь позволяют проводить оценки точности в принципе любых одно- и двухкубитных вентильных операций на системах сверхпроводниковых кубитов", - отметил научный сотрудник лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ МИСИС Илья Москаленко.

(3)

Что дальше?

Всегда есть куда расти, тот же Google в этом году продемонстрировал 72-кубитное устройство, группа из Китая в прошлом году показала - 66 кубитов, а совсем недавно IBM презентовала 433-кубитный процессор (правда подробные результаты пока не опубликованы).

Успехи уже есть и это радует - недавно ученые МФТИ и МИСИСС с коллегами из МГТУ им. Баумана собрали другой, двухкубитный процессор, у которого кубиты имели время жизни около 100 микросекунд, что сопоставимо с американскими и китайскими сверхпроводниковыми квантовыми процессорами, которые в мире считаются наиболее продвинутыми.

К тому же ученые из МФТИ и МИСИСС не останавливаются на достигнутом - следующим этапом их совместного проекта станет разработка и испытания 8-кубитных симуляторов и процессоров. Ну а дальнесрочная мечта Ильи Москаленко - "квантовый компьютер с процессором из тысячи кубитов и с реализованной программой коррекции возможных ошибок, чтобы не терялись данные".

(4)