Учёные Московского университета и Российского квантового центра создали первый в России прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия.
В 2020 году Правительство Российской Федерации утвердило дорожную карту развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления». Среди её целей было создание до конца 2024 года квантового вычислителя не менее чем из 50 кубитов.
Несколько научных групп в России развивают свои прототипы на разных технологических платформах: нейтральных атомах, ионах, сверхпроводниках и фотонах. Центр квантовых технологий физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова создал и успешно протестировал свой прототип. Он основан на одиночных нейтральных атомах рубидия, которые захватываются оптическими пинцетами (сфокусированными лазерными лучами). Кубит кодируется во внутренних степенях свободы этого одиночного атома.
«Наш прототип — это оптический стол, большую часть которого занимает лазерная система, которая используется для охлаждения и управления состояниями атомов и для создания массива оптических пинцетов, система со сверхвысоким вакуумом и оптическим доступом, — рассказал руководитель сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий физического факультета МГУ Станислав Страупе. — 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», — добавил Станислав Страупе.
Работы были выполнены в рамках договора между физическим факультетом МГУ и Российским квантовым центром (РКЦ). На приёмке работ присутствовали представители Госкорпорации «Росатом», «Росатом — Квантовые технологии» (ООО «СП “Квант”»), РКЦ, Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и ряда других организаций.
Это достижение — прекрасный задел для развития этой системы до уровня 300 и более кубитов, реализации коррекции ошибок и логических кубитов, которые запланированы на следующих этапах работ уже в рамках нового национального проекта и новой дорожной карты. В ближайших планах сотрудников Центра квантовых технологий физического факультета МГУ — работа по увеличению точности операций и запуску полезных алгоритмов.
Разработка квантовых вычислителей — важный шаг к достижению технологического суверенитета нашей страны. Следующий этап — практическое применение квантовых инноваций, внедрение квантовых вычислений.