РКЦ: создан первый ионный квантовый компьютер на кусептах с емкостью в 72 кубита

Ученые из Российского квантового центра (РКЦ) представили первый в стране ионный квантовый компьютер на кусептах — семиуровневых кудитах. Новая архитектура позволила создать квантовый процессор, эквивалентный 72 кубитам, и добиться рекордной для систем такого масштаба точности двухкубитных операций. Об этом "Газете.

Ru" сообщили в пресс-службе научного учреждения.

В классических вычислениях информация кодируется битами, принимающими значения 0 или 1. Квантовые компьютеры работают с кубитами, которые могут находиться в суперпозиции состояний. Однако масштабирование квантовых систем возможно не только за счет увеличения числа кубитов, но и благодаря использованию многоуровневых квантовых состояний — кудитов. В зависимости от числа уровней такие системы получают разные названия: кутриты, кукварты и так далее. В новом процессоре на основе 26 ионов кальция реализованы семиуровневые кудиты — кусепты, способные принимать значения от 0 до 6.

Для создания установки команда под руководством Кирилла Лахманского в рамках российского квантового проекта разработала специализированные лазерные системы, сложную оптическую архитектуру, а также усовершенствовала управляющую электронику и программное обеспечение. В контрольных экспериментах исследователи реализовали однокубитные и двухкубитные операции со средней точностью 99,92% и 96,5% соответственно.

В ближайшее время ученые планируют интеграцию 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 важно понимать, как выбранная архитектура будет масштабироваться и не приведёт ли она к технологическому тупику. Кубиты — это один путь, кудиты — другой. Состоятельность многоуровневого подхода мы показали ещё в 2021 году, когда реализовали систему из двух куквартов, эквивалентную четырём кубитам. Всего за четыре года нам удалось во много раз увеличить вычислительную мощность и перейти к прототипу, эквивалентному 72 кубитам", — отметил генеральный директор Российского квантового центра Максим Острась.

По словам Кирилла Лахманского, ключевым преимуществом процессора на кусептах является удобство масштабирования.

"Мы можем кратно наращивать вычислительную мощность как за счет увеличения числа уровней кудитов, так и за счёт числа ионов. В начале следующего года мы планируем приступить к реализации алгоритма MaxCut для решения задач комбинаторной оптимизации, важных для логистики, проектирования сетей и статистической физики", — подчеркнул он.

Создание многоуровневого ионного квантового процессора приближает переход от экспериментальных установок к практическому применению квантовых вычислений в науке и индустрии.