Исследования проходят в рамках федеральной программы «Приоритет 2030»
С использованием суперкомпьютера ННГУ «Лобачевский» нижегородские
физики совместно с учёными МГУ и Российского квантового центра (Москва)
разработали новый метод для управления квантовыми объектами – кубитами,
которые являются альтернативой квантовым разработкам Google и IBM.
Это позволяет решить проблему санкционных закупок СВЧ-электроники,
необходимой для проведения квантовых вычислений на сверхпроводниках. При
этом повышаются скорость и точность операций.
«Построение квантового компьютера – одна из главных научных задач в
современном мире. Квантовые технологии смогут решить целый пласт
“нерешаемых” задач в химии, логистике, нефтегазовой отрасли, медицине. Мы
разрабатываем компактную и энергоэффективную систему управления
сверхпроводниковыми кубитами», – сообщила автор исследования, заведующая
научно-исследовательской лабораторией теории наноструктур Научно-
исследовательского физико-технического института ННГУ им. Н.И. Лобачевского
Марина Бастракова.
Первые эксперименты уже стартовали в Российском квантовом центре,
учёные разрабатывают технологии для реализации новой схемы управления, а
верификацию численных результатов с экспериментом планируют получить уже к
2025 году.
Успешные квантовые проекты ИТ-гигантов Google и IBM реализованы на
процессорах из сверхпроводниковых кубитов. Чаще всего они управляются СВЧ-
электроникой. Чип с кубитами находится в криостате при температуре, близкой к
абсолютному нулю – около -273,12 С, при этом минимизируются тепловые шумы и
проявляются квантовые свойства индивидуальных микроскопических объектов –
кубитов.
Генераторы микроволновых импульсов и линии передач находятся вне
криостата при комнатной температуре, поэтому нагрева элементов и энергопотерь
не избежать. Большое количество техники и проводов увеличивает количество
помех, уменьшая быстродействие и точность квантовых операций. Кроме того, эти
условия ограничивают число кубитов в квантовом регистре.
Экспериментальные группы в России также включились в «квантовую гонку»
и создают аналоги многокубитных систем. Поиск альтернативных способов
управления квантовыми устройствами – приоритетная задача российских учёных.
Разработчики из Москвы и Нижнего Новгорода предложили использовать для
управления кубитами новую схему сверхпроводникового генератора цифровых
импульсов, способных создавать сигналы различной полярности.
«По нашей модели, генераторы цифровых импульсов интегрированы с
кубитным чипом и находятся в криостате. Это позволит в перспективе избавиться
от проблемы множества “проводов” для управления отдельными кубитами и
повысить энергоэффективность процессов. В ситуации, когда учёные борются за
каждую наносекунду быстродействия, цифровая сверхпроводниковая схема может
ускорить операции примерно в два раза по сравнению с СВЧ-электроникой», –
сообщила Марина Бастракова.
На сегодняшний день калибровка сверхпроводниковых квантовых устройств
производится практически вручную. Алгоритм учёных ННГУ позволяет рассчитать
последовательность импульсов для разных операций с учётом широкого диапазона
параметров. Она может быть записана в память генератора, что позволит придать
определенную энергию кубиту и получить на выходе нужную квантовую операцию
с высокой точностью.
«Разработанный подход должен существенно ускорить выполнение операций
в квантовом компьютере, упростить громоздкие системы управления. Это большой
шаг вперёд для отечественных квантовых технологий, так как он решает проблему
нехватки сверхвысокочастотной импортной электроники. Сейчас мы подбираем
материалы и разрабатываем дизайн для базовых элементов нашей модели», –
рассказал руководитель проекта в рамках программы «Приоритет 2030»,
профессор физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Николай Кленов.
Результаты опубликованы в ведущем международном издании Quantum
Science and Technology.
Справка. Кубит – единица информации в квантовом компьютере. В
состоянии суперпозиции она является и нулём, и единицей одновременно,
обеспечивая высокоскоростные параллельные вычисления, в миллионы раз
превосходящие возможности обычных компьютеров. Также кубитами называют
базовые ячейки многих квантовых вычислительных систем.
Актуальные новости, интервью и публикации о жизни Университета
Лобачевского можно найти на официальном сайте, а также на страницах
групп в социальных сетях и мессенджерах ННГУ: « ВКонтакте », Telegram,
«Одноклассники», Rutube, « Яндекс.Дзен ».
УНИВЕРСИТЕТ ЛОБАЧЕВСКОГО
Нет комментариев