Заработал первый в России прототип 50-кубитного квантового компьютера на холодных атомах рубидия

Российский квантовый центр и Центр квантовых технологий физического факультета МГУ представили первый в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия. Он создан в рамках дорожной карты «Квантовые вычисления», которую координирует госкорпорация «Росатом», и успешно протестирован 19 декабря.

Источник изображения МГУ имени М.В.Ломоносова

Прототип представляет собой оптический стол, большую часть которого занимает лазерная система со сверхвысоким вакуумом и оптическим доступом. Её используют для охлаждения и управления состояниями одиночных нейтральных атомов рубидия и создания массива оптических пинцетов, то есть сфокусированных лазерных лучей. Кубит кодируется во внутренних степенях свободы этого одиночного атома.

В этой вакуумной системе мы создаём магнитооптическую ловушку, в которую захватываем атомы из паров рубидия и охлаждаем лазером. А потом из холодного облака газа захватываем одиночные атомы в сфокусированные оптические микроловушки. В настоящий момент в Центре квантовых технологий МГУ мы можем создавать квантовые регистры из 50 атомов, расположенных в упорядоченном массиве, реализовывать операции над одиночными кубитами с точностью более 0.998 и запутывающие двухкубитные операции с точностью более 0.9. Нейтральные атомы в оптических пинцетах — хорошая система с точки зрения перспектив масштабирования, нам более-менее понятно, как дойти от систем из десятков кубитов к сотням и даже тысячам кубитов.

Станислав Страупе, руководитель сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий физического факультета МГУ

Во время контрольного эксперимента была протестирована не только работоспособность этой системы, но и возможность подключаться к ней удалённо с помощью облачной платформы. Оба направления испытаний завершены благополучно.

В пресс-службе МГУ отмечают, что это достижение становится фундаментом для развития системы до уровня 300 и более кубитов, реализации коррекции ошибок и логических кубитов. В ближайших планах учёных Центра квантовых технологий физического факультета МГУ — работа по увеличению точности операций и запуску полезных алгоритмов. Атомная отрасль России уже запустила программу пилотных внедрений квантовых вычислений, и в «Росатоме» ждут новых разработок отечественных учёных.

«Квантовые вычисления»

Правительство России в 2020 году утвердило дорожную карту развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления». Одна из её целей заключается в создании до конца 2024 года квантового вычислителя мощностью не менее 50 кубитов.

В России эту задачу реализуют несколько научных групп, развивающих прототипы на разных технологических платформах: нейтральных атомах, ионах, сверхпроводниках и фотонах.