Пока в сети идут баталии по поводу отсутствия литографического оборудования для производства кремниевых микропроцессоров, наши учёные успешно разрабатывают квантовые технологии.
Так, Евгений Олегович Киктенко, Анастасия Сергеевна Николаева и Алексей Константинович Федоров из Российского квантового центра (РКЦ) ещё в 2020-м году запатентовали способ выполнения квантовых вычислений с использованием кудитов — квантовых систем, которые, в отличие от кубитов, способны одновременно находиться в более чем двух состояниях.
Квантовые вычислительные устройства используют такие явления квантовой физики, как запутанность и суперпозиция, что позволяет квантовым битам (кубитам) находиться в двух состояниях — и 0, и 1 — одновременно, тем самым решая задачи, недоступные классическим компьютерам и суперкомпьютерам. Однако в физике существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные принимать более двух состояний: 0, 1, 2 и другие.
Весной этого года учёные запатентовали физическую реализацию квантового компьютера на основе кудитов. Действие документа распространяется на территорию Российской Федерации до конца 2040 года. В ближайшее время исследователи также планируют подать заявку на международную регистрацию.
Исследования в области использования кудитов для квантовых вычислений ведутся последние несколько лет. Получение патента позволит команде в перспективе подтвердить значимость отечественных разработок на мировом уровне и закрепить исключительное право на архитектуру созданного процессора. Ее особенность заключается в комбинации двух подходов к увеличению мощности квантового компьютера.
Первый подход предполагает использование кудита с четырьмя уровнями, который декомпозируют на несколько виртуальных кубитов. Второй —использование дополнительных уровней кудита в качестве промежуточных уровней для хранения информации. Они требуются в ходе квантовых вычислений как буферы для хранения информации, необходимой в ходе вычислений. При этом буфером становятся не отдельные кубиты, а дополнительные уровни внутри одного кудита.
В мире над развитием кудитных квантовых процессоров работают только четыре команды. Американская Riggeti Computing использует кудиты на сверхпроводниках, ученые из Пекинского университета — на фотонах, австрийский стартап AQT и исследователи из Российского квантового центра — на ионах.
Алексей Федоров, соавтор патента, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре (РКЦ), говорит о кудитах следующее:
Использование кубитов для квантовых вычислений подразумевает некоторую идеализацию. Кудиты — более естественный выбор. Как показали наши исследования, при реализации квантовых алгоритмов кудиты позволяют существенно экономить ресурсы квантовых процессоров, что особенно актуально для текущего поколения устройств.
Квантовые системы, в которых мы используем для вычисления атомы, ионы, частицы света, фотоны, позволяют нам кодировать информацию в гораздо большем количестве состояний. В этом состоит идея кудитов — многоуровневых квантовых систем, в которых 3-4 уровня и так далее. Мы придумали архитектуру квантового процессора, которая позволяет оптимально задействовать дополнительные уровни, чтобы имплементировать какой-либо квантовый алгоритм.
Это шаг к дальнейшему масштабированию квантовых компьютеров, шаг к их практическому применению.
Новая архитектура позволит учёным более плотно кодировать информацию в физических носителях, а также осуществлять реализацию более сложных квантовых алгоритмов. Это позволит повысить вычислительную мощность процессора квантового компьютера, за счёт чего операции будут выполняться быстрее.
Согласно имеющимся данным, новая архитектура уже опробована учёными Российского квантового центра и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН. В конце прошлого года они разработали прототип квантового процессора, работающего на кудитах. Он должен стать основой универсального квантового компьютера с облачным доступом, который планируется построить к концу 2024 года. На его создание «Росатом» планирует выделить 23 млрд рублей до 2024 года.
Источники:
Ставьте нравлики, оставляйте свои мысли в комментариях и подписывайтесь на мой канал. Удачи!