Первый в России прототип квантового компьютера заработал в НИТУ «МИСиС»

В НИТУ «МИСиС» заработал первый в России прототип квантового компьютера. Устройство на двух кубитах выполнило заданный алгоритм, превысив ранее известный предел точности на 3%. В качестве основы для кубитов были взяты сверхпроводящие материалы.

Работы по созданию квантового компьютера в рамках проекта Фонда перспективных исследований ведутся в НИТУ «МИСиС» с 2016 года под руководством Валерия Рязанова, главного научного сотрудника Лаборатории сверхпроводящих метаматериалов университета. Конструкция предполагает использование в качестве основы для кубитов сверхпроводящих материалов.

Кубиты (квантовые биты) — действующая сила квантового компьютера, аналог «битов» у обычного ПК, только куда более совершенный. Если привычный нам компьютер «мыслит» и считает нулями и единицами, то есть каждый бит информации может быть закодирован либо как «0», либо как «1», то кубит обладает свойством так называемой суперпозиции, способности находиться одновременно в обоих состояниях. Это открывает огромные перспективы, ведь при таких вычислительных ресурсах квантовый компьютер сможет обогнать самые мощные вычислительные устройства на целые порядки.

Квантовый компьютер на сверхпроводящих материалах — более совершенная система по сравнению с аналогами. Например, другими научными коллективами разрабатываются кубиты на отдельных атомах (которые могут «потеряться» из-за ничтожно малого размера) и на ионах (их можно выстраивать исключительно линейно, что физически неудобно). Созданные в НИТУ «МИСиС» кубиты сделаны из алюминия, имеют размер в 300 микрон, их нельзя «потерять», а еще можно выстраивать нелинейно.

В ходе эксперимента двухкубитный квантовый компьютер решал алгоритм Гровера — алгоритм перебора для функции. Квантовый компьютер, благодаря принципу суперпозиции, в идеальном случае может найти правильное значение x в решении этой задачи за одно обращение к функции f(x) с вероятностью 100%.

«Алгоритм Гровера на двух кубитах — это очень важный шаг на пути к созданию квантового компьютера. Мы не первые в мире, кто продемонстрировал его работу, но здесь идёт речь в первую очередь о технологическом достижении. 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», — рассказал один из участников проекта инженер лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» Илья Беседин.

Самая большая трудность на пути к созданию полезного квантового процессора — ошибки. В отличие от классических компьютеров, которые могут работать годами и всегда выдавать воспроизводимые и предсказуемые результаты, квантовые компьютеры подвержены влиянию шума, который искажает результаты вычислений. Несмотря на то, что созданный в НИТУ «МИСиС» процессор из двух кубитов слишком мал для решения прикладных задач, он успешно «перешагнул» порог 50%-ной вероятности верного ответа, дойдя до 53%.

Весь алгоритм состоит из инициализации двух кубитов, четырёх однокубитных операций, двух двухкубитных операций и считывания двух кубитов; ошибки в любой из которых уменьшает вероятность правильного ответа в ответе.

Чип для квантового компьютера изготавливали в МГТУ им. Баумана, а его проектированием и запуском устройства занимались уже в НИТУ «МИСиС», где в лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» выстроен уникальный комплекс оборудования с криостатами, обеспечивающими работу при сверхнизких температурах до —273,14 градусов  

Источник фото: МИСИС