Ученые РКЦ представили первый в стране ионный квантовый компьютер, использующий семиуровневые кудиты — кусепты. Благодаря этой новой архитектуре на основе 26 ионов кальция удалось построить процессор, эквивалентный 72 кубитам, и достичь рекордной для систем такого масштаба точности квантовых операций.
В классических вычислениях используется бинарная система (биты 0/1), тогда как квантовые компьютеры оперируют кубитами, способными находиться в суперпозиции состояний. Многоуровневые системы (кудиты) позволяют увеличивать сложность вычислений не только за счет увеличения числа частиц, но и за счет роста числа используемых уровней. Представленный прототип реализует семиуровневые кудиты.
Для создания системы были разработаны специализированные лазерные установки, оптическая архитектура и программно-аппаратные средства управления. В ходе испытаний, по данным исследователей, была достигнута точность однокубитных операций на уровне 99,92% и двухкубитных — 96,5%.
На следующем этапе работ планируется интеграция ионных ловушек с индивидуальным контролем частиц, что, как ожидается, позволит повысить точность операций. Также в планах научной группы — апробация алгоритмов для решения задач комбинаторной оптимизации, которые могут найти применение в логистике и проектировании сетей.
По словам генерального директора РКЦ Максима Острася, этот прорыв — результат стратегического выбора в пользу многоуровневой архитектуры кудитов, а не простого наращивания числа кубитов.
«Ключевое преимущество процессора на кусептах — удобство масштабирования: мы можем кратно наращивать вычислительную мощность как за счет увеличения числа уровней кудитов, так и за счет числа ионов. В начале следующего года мы планируем приступить к реализации алгоритма MaxCut для решения фундаментальной задачи комбинаторной оптимизации, имеющей важное значение для логистики, проектирования сетей и статистической физики».
Кирилл Лахманский, руководитель научной группы Российского квантового центра по созданию квантового компьютера на холодных ионах
Всего за четыре года центр смог перейти от системы из двух куквартов к прототипу, эквивалентному 72 кубитам.