Физики из МГУ создали 72-кубитный квантовый компьютер третьего поколения

Новая архитектура

Исследователи Центра квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова увеличили размерность квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия до 72 кубитов. Работа проведена в рамках дорожной карты развития квантовых вычислений при участии Росатома и представляет собой уже третий отечественный квантовый компьютер, преодолевший рубеж в 70 кубитов.

Учёные переработали устройство вычислителя, разделив квантовый регистр на функциональные зоны. Первая зона используется для хранения квантовой информации, вторая для выполнения операций, а третья предусмотрена для считывания данных и будет развиваться на следующем этапе. Такое разделение существенно упрощает масштабирование и повышает стабильность работы вычислителя.

В контрольном эксперименте двухкубитные логические операции выполнялись с точностью в 94 процента. Это позволяет уже сейчас проводить многие практические эксперименты с машиной и создаёт основу для внедрения коррекции ошибок, необходимого условия для запуска сложных квантовых алгоритмов.

Технология нейтральных атомов рубидия

Квантовые вычисления на нейтральных атомах рубидия основаны на захвате одиночных атомов оптическими пинцетами, то есть сфокусированными лазерными лучами. Кубит кодируется во внутренних степенях свободы атома, а его квантовое состояние контролируется лазерным излучением. Эта платформа обладает важным преимуществом масштабируемости: исследователи понимают пути для увеличения количества кубитов от десятков к сотням и даже тысячам.

Если к 2030 году будет достигнут масштаб вычислителя в несколько сотен «хороших» кубитов с высокой достоверностью операций, это сделает возможным реализацию логических операций с коррекцией ошибок и запуск уникальных алгоритмов. Это будет граница задач, которые для классического компьютера уже невыполнимы

Станислав Страупе

руководитель сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий физического факультета МГУ

Система работает при комнатной температуре, в отличие от сверхпроводящих кубитов, которые требуют криогенных установок, охлаждающих процессор почти до абсолютного нуля. Это делает технологию проще и дешевле для масштабирования в промышленном масштабе. Оптические пинцеты позволяют также экспортировать отдельные атомы и перестраивать конфигурацию массива в режиме реального времени.

Новая трёхзонная архитектура стала революционным шагом, поскольку она позволяет физически разделить функции хранения, вычислений и считывания. Раньше эти операции конкурировали за одно и то же физическое пространство, снижая стабильность и точность. Теперь каждая функция может быть оптимизирована независимо.

Место в квантовой гонке

Достижение МГУ вывело установку в тройку российских квантовых компьютеров, преодолевших порог в 70 кубитов. Ранее были представлены 70-кубитный процессор на ионах иттербия, разработанный в Лебедевском физическом институте, и 72-кубитный вычислитель на ионах кальция. Платформа на нейтральных атомах стала четвёртым самостоятельным и перспективным направлением российских квантовых разработок.

Параллельно идёт развитие исследований альтернативных платформ. Учёные из ФИАН и Российского квантового центра впервые подробно исследовали нейтральные атомы тулия как перспективную платформу для квантовых вычислений. Главным достижением стало удержание стабильного квантового состояния в течение 55 секунд, одно из лучших значений, когда-либо продемонстрированных в мире.

Прорывные приложения ожидаются также в моделировании материалов, оптимизации сложных систем, криптоанализе и материаловедении.