Российские ученые оптимизировали схему вычислений на квантовых компьютерах
Возможность масштабирования квантовых компьютеров без наращивания количества квантовых носителей информации продемонстрировала группа ученых из Российского квантового центра, 6 апреля сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на РНФ.
Современные вычислительные задачи предъявляют всё более высокие требования к скорости компьютеров. Перспективным направлением является использование квантовых компьютеров, ячейки памяти которых, в отличие от классических компьютеров, способны сохранять не одно — 0 или 1, а сразу оба состояния — кубит.
Такое свойство, вместе с квантовой запутанностью (взаимозависимостью состояний квантовых объектов), позволяет квантовым вычислительным устройствам с увеличением числа кубитов экспоненциально наращивать мощность.
Однако возникают технологические проблемы управления большим количеством квантовых объектов, а, например, оптимизационные задачи требуют для решения тысячи кубитов, анализ структуры кофактора нитрогеназы — 4 млн кубитов, взлом криптографического алгоритма RSA — порядка 20 млн кубитов и так далее.
Ученые из Российского квантового центра для решения этой проблемы предложили новую схему реализации ключевой операции, используемой почти во всех квантовых алгоритмах, — гейта Тоффоли. Вместо кубитов физики применили разновидность многоуровневых квантовых систем (кудитов) — кутриты.
Если кубиты могут находиться разу в двух состояниях одновременно, то у кутритов таких состояний три. Это позволяет увеличивать производительность вычислений и качество квантовых операций.
Разработчики продемонстрировали работу своей схемы на сверхпроводниковом процессоре Aspen-9, поддерживающем квантовые операции с кутритами. Результаты исследования опубликованы в статье журнала Physical Review A.
Автор исследования, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре Алексей Федоров пояснил: «Реализация кубитов с помощью реальных физических систем предполагает определенную идеализацию — количество уровней в атомах, ионах, сверхпроводниковых цепочках и других системах обычно больше двух. Идея кудитных квантовых процессоров состоит в том, чтобы использовать дополнительные уровни физических систем для увеличения качества реализации квантовых операций и „более плотного“ кодирования квантовой информации».
Он также сообщил, что в России в рамках проекта Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) идет работа по созданию кудитного квантового компьютера на ионах.
Работа команды Алексея Федорова позволит значительно ускорить внедрение квантовых вычислений в индустриальную среду.
