В России создан и успешно протестирован прототип первого отечественного квантового компьютера. Над ним работали специалисты НИТУ «МИСиС» и МГТУ им. Баумана, и в нем используются кубиты из сверхпроводящих материалов. Их применение обусловило ряд преимуществ российского квантового компьютера над аналогами на базе с кубитами на отдельных атомах и ионах.
Отечественный квантовый компьютер
В Национальном исследовательском технологическом университете (НИТУ) «МИСиС» заработал первый в России прототип квантового компьютера. Об этом CNews сообщили представители вуза. Разработка компьютера стартовала три года назад, в 2016 г. в рамках проекта Фонда перспективных исследований.
Прототип квантового компьютера доказал свою работоспособность, превысив ранее определенный предел точности на 3%. В процессе тестирования компьютер, основанный на двух кубитах, успешно выполнил алгоритм Гровера – алгоритм перебора для функции. Компьютер он успешно перешагнул порог 50%-ной вероятности верного ответа, дойдя до 53%.
Кто занимался разработкой
Создание российского квантового компьютера возглавил главный научный сотрудник Лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС» Валерий Рязанов. В качестве основы для кубитов в нем могут использоваться особые сверхпроводящие материалы.
Специалисты НИТУ «МИСиС» занимались проектированием чипа для квантового компьютера, а его изготовление было доверено МГТУ им. Баумана. В дальнейшем сотрудники НИТУ «МИСиС» выполнили наладку и запуск устройства.
Криостат, часть системы охлаждения российского квантового компьютера
Для работы квантового компьютера в Лаборатории выстроен специальный комплекс оборудования с криостатами, используемого в качестве системы охлаждения. Она спроектирована для обеспечения работы компьютера при сверхнизких температурах – вплоть до -273,14 градусов по шкале Цельсия, что приблизительно равно абсолютному нулю (-273,15 градусов).
Преимущества сверхпроводящих материалов
По словам представителей университета, в сравнении с аналогичными квантовыми компьютерами отечественный прототип на сверхпроводящих материалах можно считать более совершенным. Его сравнили с разрабатываемыми сейчас компьютерами, в которых используются кубиты на отдельных атомах. Как отметили специалисты, кубиты такого рода могут в определенном смысле «потеряться» по причине их сверхмалых размеров.
Также ученые провели сравнение с кубитами на основе ионов, и оно снова оказалось в пользу сверхпроводящих материалов – ионы, по их словам, можно выстраивать только линейно, что «физически неудобно».
Специалисты МИСиС сделали ставку на сверхпроводящие материалы при разработке кубитов
Используемые в прототипе российского квантового компьютера выполнены из алюминия, и «потерять» их невозможно за счет большего по сравнению с кубитами на отдельных атомах размеров – 300 микрон. К тому же, в отличие от кубитов на ионах, алюминиевые российские кубиты можно выстраивать нелинейно.
Важность выполнения алгоритма Гровера
Инженер лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» Илья Беседин заметил, что успешное выполнение алгоритма Гровера именно на двух кубитах является важным шагом на пути к созданию квантового компьютера. «Мы показали возможность реализации всех необходимых для логических операций для универсального квантового процессора: инициализации, однокубитных и двухкубитных операций и считывания, причём с удовлетворительным для небольших алгоритмов уровнем ошибок», – отметил Беседин.
Следует отметить, что демонстрация выполнения данного алгоритма на квантовых компьютерах проводилась и раньше, в других странах. Об этом сказал и сам Илья Беседин, подчеркнув, что в данном случае речь не о первенстве, а о технологическом достижении.
Квантовая лихорадка
Над созданием квантовых компьютеров работают ученые и компании многих стран мира. Так, 21 сентября 2019 г. стало известно, что созданный корпорацией Google квантовый компьютер за три минуты выполнил задачу, на которую самому мощному на сегодняшний день компьютеру нужно 10 тыс. лет. Об этом сообщило издание Financial Times.
«Совсем недавно в прессу попали ещё не опубликованная официально статья компании Google, которым удалось реализовать на 53-кубитном сверхпроводниковом квантовом процессоре алгоритм «квантового превосходства». Задача «квантового превосходства» - это наиболее благоприятная именно для квантового компьютера задача, которую при этом очень сложно выполнить на классическом компьютере. И если у нас преодоление «классического» предела – это всё-таки фундаментальный результат, то результат Google – это уже ближе в практическую сторону: они смогли сформулировать и решить задачу, которую их процессор может выполнить за минуты, а мощный суперкомпьютер проверял неделями», – отметил Илья Березин.
На день раньше, 20 сентября 2019 г., был создан квантовый компьютер «для бедных», способный работать при комнатной температуре, о чем сообщал CNews. Исследователи из японского Университета Тохоку и американского Университета Пердью создали нетрадиционную спинтронную вычислительную схему и доказали с ее помощью практическую применимость концепции так называемых «вероятностных» вычислений. Опираясь на законы спинтроники, группа ученых создала вероятностный компьютер на базе p-битов, которые могут использоваться как квантовые кубиты, но при этом способны не только работать при комнатной температуре, но и взаимодействовать с большим количеством соседних битов.