Учёные из ФИАН и Российского квантового центра реализовали обобщённый гейт Тоффоли на 10 ионах иттербия - крупнейшую в мире многокубитную логическую операцию такого класса. Результаты опубликованы в Physical Review Letters.
🔬 Суть достижения:
В отличие от классических компьютеров, использующих биты (0 или 1), квантовые системы оперируют кубитами, которые могут находиться в суперпозиции обоих состояний одновременно. Это обеспечивает экспоненциальный прирост вычислительной мощности. Однако масштабирование многокубитных гейтов остаётся проблемой - добавление каждого нового кубита экспоненциально усложняет число необходимых двухкубитных операций.
Российские физики применили принцип кутритов - квантовых систем с тремя состояниями, кодирующих информацию в оптических, метастабильных и возбуждённых уровнях одного иона. Используя ионные ловушки с гейтом Мельмера-Сёренсена, они синхронизировали 10 ионов иттербия и выполнили логический гейт Тоффоли с высокой точностью. Это позволило реализовать сложную многокубитную логическую функцию на более эффективном уровне, чем классические подходы, преодолевая классические пороги симуляции.
💡 Практическое применение:
Гейт Тоффоли - универсальный логический элемент, позволяющий реализовать любое булево вычисление. Его масштабирование открывает возможности для:
- Оптимизационных алгоритмов (маршрутизация, распределение ресурсов).
- Моделирования квантовых систем в химии и материаловедении.
- Криптографических приложений на основе факторизации.
📊 Значимость результата:
Использование кутритов демонстрирует, что повышение размерности квантового пространства состояний может преодолеть масштабируемость без пропорционального увеличения числа операций. По данным авторов, точность вычислений превышает пороги классической симуляции для подобных операций.
Данный подход применим к другим платформам квантовых вычислений. Результаты согласуются с успехами государственной программы развития российских квантовых технологий: в июле 2025 года ФИАН завершил тестирование первого отечественного 50-кубитного ионного квантового компьютера на основе 171 иона иттербия, готовя его к серийному производству.
#КвантовыеВычисления #ФИАН #ИоннаяЛовушка #Физика #Кутриты #ГейтТоффоли