Первый в России. Представлен прототип 50-кубитного квантового компьютера на одиночных холодных атомах

Исследователи Московского университета в сотрудничестве со специалистами Российскиого квантового центра разработали первый отечественный образец 50-кубитного квантового процессора, использующего одиночные нейтральные атомы рубидия. Успешное тестирование прототипа состоялось 19 декабря 2024 года.

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. 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

В начале 2020-го года правительство России утвердило план по развитию сектора квантовых технологий. Одной из ключевых задач было создание до конца 2024 года устройства для квантовых вычислений с мощностью не менее 50 кубитов. В России несколько научных коллективов работают над разработкой прототипов на различных платформах: нейтральных атомах, ионах, сверхпроводниках и фотонах. Прототип квантового компьютера от Центра квантовых технологий МГУ использует одиночные нейтральные атомы рубидия, удерживаемые оптическими ловушками (лазерными лучами). Кодирование кубита происходит с использованием внутренних состояний этих атомов.

В ходе контрольного испытания 19 декабря 2024 года была подтверждена функциональность системы и ее способность к удаленному доступу через облачную платформу, что соответствует критериям, обозначенным в стратегическом плане. Работы были выполнены в рамках соглашения между физическим факультетом МГУ и Российским квантовым центром (РКЦ). На приемке 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 служит фундаментом для дальнейшего развития системы до уровня в 300 кубитов и более, внедрения коррекции ошибок и логических кубитов, что запланировано на последующих этапах проекта. В ближайших планах учёных Центра квантовых технологий МГУ – улучшение точности операций и запуск полезных алгоритмов.

Результат, полученный Центром квантовых технологий Московского университета, — это важный шаг к достижению технологического суверенитета нашей страны. Фокус завершающейся в этом году дорожной карты по квантовым вычислениям — это собственно разработка квантовых вычислителей. На новом этапе для нас важно стартовать практическое применение квантовых инноваций. Атомная отрасль уже запустила программу пилотных внедрений квантовых вычислений. Мы рассчитываем на синергию в этой области усилий Росатома и научных коллективов страны, включая ЦКТ МГУ имени М.В. Ломоносова.

• Екатерина Солнцева, директор по цифровизации госкорпорации «Росатом»

Работа проводилась в рамках дорожной карты "Квантовые вычисления", который координируется корпорацией "Росатом".

Изображение на обложке:freepik