28 December 2021, 20:50

Два иона стали основой прототипа квантового компьютера

Ученые из Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователям удалось разработать систему из четырех кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации — кудитов. 

Прототип разработан в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, реализуемой Госкорпорацией «Росатом».

Два иона стали основой прототипа квантового компьютера

В классических вычислительных устройствах вся информация раскладывается на биты, способные принимать всего два значения — 0 или 1, да или нет, черное или белое и прочее. В случае квантовых единиц информации кубитов два состояния могут существовать одновременно, а за счет связи нескольких кубитов друг с другом вариантов становится еще больше. Это позволяет обрабатывать больше информации за раз.

Существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные одновременно находиться в трех состояниях (кутриты) или в четырех (кукварты). Российские физики построили систему из двух куквартов, что полностью эквивалентно четырем кубитам. 

В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере два иона и с помощью лазера провели над ними набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию двух частиц (Мёльмера-Соренсона). Таким образом удалось показать, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами, что в будущем обеспечит более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.

«В целом в 2021 году Росатом направил на развитие квантовых технологий и создание необходимой исследовательской инфраструктуры более 6 млрд рублей — проведена закупка оборудования и комплектация первых лабораторий. Дальнейшая работа продолжится в соответствии с дорожной картой: до 2024 года на создание квантового компьютера суммарно будет направлено более 23 млрд рублей бюджетных и внебюджетных средств», — отметила Екатерина Солнцева, директор по цифровизации Госкорпорации «Росатом».

«Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития», — подчеркнул Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом».

Source:  Росатом

Read also

Разработан «полуслепой» метод описания квантовых систем
Ученые предложили подход, который позволяет определять состояние квантовой системы, зная лишь часть данных от общего их числа, необходимого для полного описания этой системы. Разработанный метод может помочь предсказывать физические и химические процессы, связанные со свойствами квантовых систем. Помимо использования в химии и физике, предсказание квантовых процессов поможет ученым реализовать алгоритмы для самых различных отраслей — от дизайна лекарств до моделирования материалов.
New techniques
Quantum Chemistry
Quantum Physics
8 February 2024
Предложен подход, позволяющий получать световые импульсы разной формы
В обычных световых импульсах напряженность электромагнитного поля меняется со временем по синусоиде, то есть по кривой в виде попеременно опускающихся и поднимающихся дуг. Ранее считалось, что иные формы поля невозможны, но физики предложили теоретический подход, который позволяет получать световые импульсы прямоугольной или треугольной формы. Согласно расчетам, такие изменения формы возникают при взаимодействии импульса с определенными средами с неравномерной плотностью. Треугольные и прямоугольные импульсы могут применяться в квантовых компьютерах для управления кубитами — элементами, отвечающими за хранение и обработку информации.
Laser physics
Optics
Quantum Physics
Theoretical physics
1 February 2024
Предложен новый подход для получения сверхкоротких оптических импульсов
Ученые предложили теоретическую модель из двух квантовых ям, которая может лечь в основу устройств для формирования сверхкоротких оптических импульсов. Позже их будет возможно использовать для высокоскоростной передачи информации. Импульсы в предложенной системе испускаются электронами, «бегающими» в квантовых ямах и отскакивающими от их стенок подобно упругим мячикам.
Electrophysics
Nanoelectronics
Quantum Physics
23 September 2023
Атомы примесей в полупроводниках могут стать кандидатами в кубиты
Физики выяснили, что эти атомы способны формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния, вероятно, достаточно устойчивые к внешним факторам, — именно это и нужно для кубитов в квантовых компьютерах
Materials Science
Quantum Physics
24 July 2023
Квантовую запутанность предложили генерировать в сверхпроводнике
Описанный эффект интересен для фундаментальной науки, поскольку позволяет управлять квантовыми состояниями заряженных частиц с помощью небольших вариаций магнитного поля
Materials Science
Quantum Physics
Superconductivity
5 July 2023
«Нанорасчески» позволили увеличить мощность терагерцовых излучателей в 50 раз
Физики скомбинировали фотопроводящую подложку на основе соединений галлия, индия и мышьяка со встречно-штыревых электродов-«нанорасчесок»
Materials Science
Photophysics
Quantum Physics
1 June 2023