Новости квантового компьютера 2021

Ученые НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра и Технологического института Карлсруэ разработали квантовый сенсор, позволяющий обнаруживать дефекты в работе квантовых систем. Разработка может стать шагом к созданию полноценного квантового компьютера.

Квантовый компьютер – это устройство, хранящее и обрабатывающее информацию внутри группы квантовых систем, каждая из которых, как правило, является двухуровневой и называется «квантовый бит» или «кубит» (англ. qubit – quantum bit). Самым популярным и перспективным типом кубита сегодня считаются сверхпроводящие кубиты на основе контактов Джозефсона. На их основе чаще всего разрабатывают квантовые вычислительные устройства. Именно на джозефсоновских кубитах работают квантовые процессоры технологических гигантов IBM и Google.

Ключевым элементом сверхпроводниковых кубитов является джозефсоновский контакт размером от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Он представляет собой два слоя проводника (сверхпроводящего металла), разделенные тонким слоем диэлектрика, чаще всего оксида алюминия.

При этом такой метод «сборки» сверхпроводящих кубитов неизбежно приводит к появлению так называемых двухуровневых дефектов, влияющих на их поведение и приводящих к ошибкам в вычислениях. Объясняется это тем, что современные технологии не позволяют добиться стопроцентной точности при создании кубитов. В результате наличия дефектов происходит декогеренция — потеря кубитами квантового состояния, и неизбежные вследствие этого ошибки.

Двухуровневые дефекты в оксиде алюминия и на поверхности сверхпроводников являются важным механизмом возникновения флуктуаций и потерь энергии в сверхпроводниковых кубитах, тем самым фактически ограничивая возможность использования таких кубитов для выполнения длинных квантовых алгоритмов.

Чем больше дефектов возникает в материале, и чем сильнее они влияют на кубиты, тем больше ошибок получается в произведенных вычислениях.

Разработанный учеными квантовый сенсор позволяет определять точное расположение и концентрацию двухуровневых дефектов в кубитных микросхемах. По словам одного из авторов исследования, заведующего лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» и руководителя группы в РКЦ, профессора Алексея Устинова, сенсорный датчик сам является сверхпроводниковым кубитом и позволяет детектировать отдельные дефекты и даже производить манипуляции с ними.

Как отмечают ученые, традиционные методы исследования качества материалов, вроде рентгеновского рассеяния, не слишком чувствительны к маленьким точечным дефектам, и их результаты часто не позволяют понять, в правильном ли направлении движутся разработчики именно с точки зрения создания лучших кубитов. Предложенный подход открывает возможности для разработки диэлектриков и сверхпроводниковых материалов с малыми потерями, необходимых для развития квантовых компьютеров.

Универсальный квантовый компьютер на ионах разработали в России

Российские ученые разработали прототип квантового компьютера на ионах. Проект реализовали в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, реализуемой госкорпорацией «Росатом». Об этом «Хайтеку» сообщили в пресс-службе Российского квантового центра.

Ученые из Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователям удалось разработать систему из 4 кубитов, не наращивая число ионов, а применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием многоуровневых носителей информации — кудитов.

В классических вычислительных устройствах вся информация раскладывается на биты — 0 или 1, тогда как в квантовых наименьшей единицей информации является квантовый бит (кубит), способный одновременно находиться в обоих состояниях сразу — и 0, и 1. Количество состояний, в которых находится квантовый процессор, быстро растет с увеличением числа кубитов за счет возможности связывать их между собой. Эта особенность позволяет квантовым устройствам решать различные вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров.

Однако существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные одновременно находиться в 3 состояниях (кутриты) или в 4 состояниях (кукварты). Российские физики построили систему из 2 куквартов, что полностью эквивалентно 4 кубитам. В ходе эксперимента исследователи захватили в вакуумной камере 2 иона и с помощью лазера провели над ними набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию 2 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.

Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом», заявил, что к концу 2024 года в России появится 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 он.

Новосибирские ученые приблизили создание отечественного квантового компьютера

Минобрнауки России сообщило о создании инженерами лаборатории квантовой криогенной электроники Новосибирского политеха (НГТУ НЭТИ) опытной партии первых отечественных криогенных СВЧ-усилителей. Разработка позволит проводить исследования, связанные с созданием квантовых систем обработки данных на сверхпроводящих кубитах.

Такие системы могут за минуты выполнить объем вычислений, для которого современным компьютерам потребуются годы, — пояснили вклад сибирских ученых в Минобрнауки.

На сегодня выпуском криогенных СВЧ-усилителей может похвастаться лишь шведская компания Low Noise Factory, наложившая еще в начале 2021-го эмбарго на ввоз своей продукции в Россию и Китай. Отсюда разработка новосибирских ученых приобретает еще большее значение для российской IT-отрасли.

Ранее iot.ru рассказывал о вкладе петербургских ученых в создание квантового компьютера. В Северной столице спроектировали компактную и энергоэффективную ячейку памяти, оперирующую не битами, а кубитами, т. е. и 0, и 1.

Татьяна Даченкова

Права на данный материал принадлежат iot.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
Оригинал публикации

Российские учёные создали квантовый компьютер на куквартах

Ученые Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН создали прототип квантового компьютера на ионах.

Если в классических вычислительных устройствах информация раскладывается на биты — 0 и 1, то в квантовых компьютерах наименьшей единицей информации является квантовый бит (кубит). Он способен находиться одновременно в двух состояниях сразу: и 0, и 1. Количество состояний кубитов быстро растет с увеличением их числа за счет возможности связывать их между собой.

Расширенные версии кубитов — кудиты — способны одновременно находиться в трех состояниях (кутриты) и четырех состояниях (кукварты). Российские ученые построили систему из двух куквартов, что эквивалентно четырем кубитам. В вакуумной камере исследователи захватили два иона и с помощью лазера провели набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита и операцию по перепутыванию двух частиц (Мельмера-Соренсона).

Эксперимент показал, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами. «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», — заявил Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом».

Google готовит Chrome к противостоянию квантовому компьютеру

Беспокоитесь о безопасности зашифрованных данных, которые могут быть взломаны с помощью квантового компьютера? Вероятно, нет. Но, несмотря на то, что до появления первых квантовых машин пройдёт много лет, в Google уже обеспокоились сохранностью данных своих пользователей.

Поисковый гигант работает над пост-квантовым шифрованием для браузера Chrome. Дело в том, что квантовые компьютеры, использующие эффекты квантовой физики, смогут выполнять вычисления намного быстрее нынешних бинарных систем. Это означает, что современные методы шифрования вряд ли смогут противостоять будущей вычислительной мощи, и нынешние HTTPS подключения окажутся бесполезными. Пока неизвестно, будет ли когда-либо вообще построен квантовый компьютер, способный проводить атаки подобного рода. Тем не менее, инженер Google Мэтт Брэитвэит считает, что сейчас самое время этим озадачиться.

Компания решила эту проблему небольшим рядом соединений между Chrome и серверами Google. Данный способ шифрования тестировался фирмой наряду с существующими мерами безопасности. Если ключ оказывался успешным, то Google говорит, что такое шифрование способно противостоять квантовым компьютерам.

Сайт о нанотехнологиях #1 в России