В МГТУ заработал самый точный российский квантовый процессор

В НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы (НОЦ ФМН) — совместном центре МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» — заработал первый российский высокоточный сверхпроводниковый квантовый процессор.

Средняя точность однокубитных операций составила 99,76%, двухкубитных операций — 99,11%, точность считывания — 96,18%.

Достигнутые параметры процессора позволили реализовать серию сложных алгоритмов. На квантовом сопроцессоре была смоделирована намагниченность цепочки спинов (модель Изинга в поперечном поле), решено уравнение теплопроводности и реализован алгоритм решения систем линейных уравнений, что прокладывает путь к дальнейшему практическому применению квантовых вычислителей.

Четырехкубитный сверхпроводниковый квантовый процессор Snowdrop 4Q, созданный совместно ФГУП «ВНИИА» и Бауманкой, впервые продемонстрировал точность логических операций свыше 99,11% (в самом современном cверхпроводниковом процессоре IBM Torino 133 (архитектура Heron R1) средняя точность двухкубитных операций составляет 99,14%).

Этот показатель стал рекордным для российских многокубитных систем при реализации ряда сложных квантовых алгоритмов.



«Лучшее испытание квантового процессора — это запустить на нём сложный алгоритм с использованием всех имеющихся кубитов, что мы и сделали», — отмечает Никита Смирнов, ведущий разработчик квантовых процессоров НОЦ ФМН. — «Калибровка и полная характеризация квантовой системы — сложный процесс, и над ним мы работали последние три месяца. Точности логических операций, которых достиг наш чип архитектуры Snowdrop 4Q с высококогерентными кубитами (Scientific Reports volume 14, 7326 (2024)), позволили провести целую серию экспериментов, каждый из которых в перспективе направлен на решение практических задач ФГУП „ВНИИА“».

«Мы достигли знакового результата, к которому шли почти три года — от разработки эффективного квантового алгоритма до его запуска на квантовом «железе», — говорит Александр Андрияш, научный руководитель ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова». — «Убедились в том, что наш подход работает и, более того, прокладывает путь к созданию практически полезного вычислителя. В планах — дальнейшее улучшение уже серийных технологий изготовления квантовых устройств и увеличение количества кубитов с повышением точности квантовых операций».

Работа над созданием сверхпроводниковых квантовых процессоров и разработка квантовых алгоритмов проводится командой ФГУП «ВНИИА» совместно с МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках программы «Приоритет 2030» и совместного проекта с Фондом перспективных исследований.

Для справки:

Мировой путь к квантовым вычислениям, в том числе и в российской науке, свидетельствует о неизменной приверженности к расширению технологических границ.

Другими словами, речь идет о переходе научной фантастики в реальную сферу, причем и здесь подтверждается закон Мура, который предсказал экспоненциальный рост вычислительной мощности.

Для того, чтобы квантовые процессоры могли превзойти классические компьютеры на чипах по 14 нм технологии, по расчетам специалистов Intel, нужно преодолеть порог в 50 кубитов и добиться 100% точности как вычислений, так и считывания.

На закрытых слушаниях в оборонном комитете Конгресса США заявлено, что членство в клубе квантовых вычислений более престижно, чем в ядерном клубе образца 1960-х годов.

Другими словами, сегодня создать рабочий квантовый процессор намного сложнее, чем после Второй мировой войны сделать атомную бомбу. Только три страны — США, КНР и Россия конкурируют между собой в этой области.