Квантовая интегральная схема на основе пяти сверхпроводниковых кубитов впервые создана России. Это важный шаг на пути создания полномасштабных универсальных квантовых процессоров и симуляторов. Формально разработку можно назвать прототипом квантовых процессоров, которых в мире пока совсем немного.

квантовый компьютер, кубит, Россия, процессор, машинное обучение, квантовые вычисления, Росатом, IBM, Google, Intel

Ключевые игроки зарождающегося рынка квантовых вычислений выбрали в качестве технологической платформы именно сверхпроводниковые кубиты. Многокубитные квантовые процессоры всех мировых IT-гигантов построены именно на базе кубитов этого типа. Сверхпроводниковые кубиты имеют неоспоримые преимущества, так как могут быть изготовлены «стандартными» методами современной наноэлектроники. А это означает простую и быструю возможность масштабирования сверхпроводниковых квантовых схем и массовый выпуск квантовых процессоров.

Вычисляя не классические алгоритмы, а процессы квантовой природы - квантовые алгоритмы, использующие эффекты квантовой механики, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность, квантовый компьютер принципиально отличается от традиционных ПК, работающих на основе кремниевых чипов. 

 

Квантовый компьютер – это система из искусственных атомов, к которым пристраивают систему контроля, обеспечивающую их управляемое взаимодействие (или «перепутывание»).

 

Ожидается, что нейросети на квантовых системах смогут работать с меньшим числом параметров, что существенно ускорит обработку данных. Значительный эффект от использования квантовых платформ можно получить в симуляторах процессов, которые невозможно рассчитать на обычных компьютерах в разумное время.

 

 

Специалисты Московского физико-технического института (МФТИ)  и Лаборатория искусственных квантовых систем (ЛИКС) утверждают, что новая квантовая интегральная схема уникальна и полностью управляема. С их слов, даже на нынешней стадии разработки она может применяться в квантовом машинном обучении.

 

Впервые о разработке сверхпроводящего кубита специалисты МФТИ сообщили в 2015 году. Год спустя физики начали эксперименты с двухкубитовым чипом. Сегодня учёные готовы к экспериментам с квантовыми вычислителями и симуляторами на основе пятикубитовых чипов, что существенно повысит ценность исследований.

квантовый компьютер, кубит, Россия, процессор, машинное обучение, квантовые вычисления, Росатом, IBM, Google, Intel

Как считают российские физики, в ближайшие годы от квантовых систем больше всего практической пользы можно будет получить в области машинного обучения и работы с нейросетями.

 

Первые измерения показали, что все элементы схемы работают с ожидаемыми параметрами. В настоящий момент МФТИ обладает уникальной возможностью самостоятельно разрабатывать, изготавливать и тестировать квантовые устройства.

 

 

Представители МФТИ отметили, что создание российской многокубитовой интегральной схемы стало возможным благодаря четырем факторам, и первый среди них – это значительное улучшение контроля геометрических и электрических параметров туннельных контактов. По словам представителей вуза, эти контакты можно считать «сердцем» сверхпроводящих кубитов, поскольку от качества и воспроизводимости их изготовления напрямую зависит работоспособность всей квантовой схемы.

 

Второй фактор заключается в наладке технологии изготовления микроволновых резонаторов, добротность которых в однофотонном режиме составляет сотни тысяч. Это тоже очень важная часть квантовых интегральных схем – они нужны для считывания квантового состояния кубитов.

Третий фактор – отладка процесса изготовления «навесных мостиков» (air bridge), необходимых для подавления паразитных резонансных модов, что положительно сказывается на добротности структур. Но самой важной составляющей, позволившей специалистам МФТИ создать многокубитовую схема, по их мнению, является накопленный ими за последние несколько лет опыт в этой сфере.

В МФТИ не уточняют, когда именно начнется эра российских квантовых компьютеров, как и не раскрывают свои дальнейшие планы по разработке новых многокубитовых интегральных схем и их внедрению. Для каких-либо дальнейших действий в этой сфере необходимо модернизировать как ЦКП, так и лабораторию ИКС в составе МФТИ.

 

Из крупных компаний России в квантовых вычислениях особенно заинтересован Росатом. В 2020 году им был предложен план работ - «дорожная карта» развития квантовых технологий России

квантовый компьютер, кубит, Россия, процессор, машинное обучение, квантовые вычисления, Росатом, IBM, Google, Intel
 

 

Что сейчас есть в мире?

Правительства ведущих мировых держав и такие компании как IBM, Intel, Google уже вложили десятки миллиардов долларов в свои проекты по сверхпроводящим кубитам. IBM выложила свой компьютер в сеть, и любой желающий может получить к нему доступ и попробовать прогнать свой алгоритм.

 

В январе 2019 года та же IBM представила на выставке компьютер размером с небольшую комнату, внутри которого находился подобный квантовый процессор. Этот компьютер не умеет решать ни одной задачи, но он дает фантастически мощный инструмент для тестирования алгоритмов.

 

В октябре 2019 Google опубликовали в Nature статью, в которой заявили о достигнутом ими квантовом превосходстве. 

В конце 2020 года в Китае создали квантовый компьютер, который может проводить вычисления в несколько миллиардов раз быстрее, чем аналогичное устройство от Google. Между тем, машина пока еще не имеет практического применения.

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!