Кубит с переворотом: Россия приблизилась к квантовой революции
Коллаборация российских ученых установила мировой рекорд в создании сверхпроводящих кубитов — время их жизни 50 микросекунд. Это достижение приближает нашу страну к созданию первого функционирующего квантового компьютера, который обеспечит превосходство в сфере сверхбыстрых вычислений.
Продлить жизнь
«Время жизни» кубитов является определяющим параметром для квантовых вычислений, и те, у кого получится максимально его продлить, станут обладателями первого помехоустойчивого квантового компьютера. Чем дольше живет кубит, тем больше логических операций можно с ним произвести. Безграничные возможности квантовых компьютеров позволят шифровать и дешифровать информацию, моделировать сложнейшие процессы в химии, создавать новые лекарства и многое другое.
Инженеры и ученые МГТУ им. Н.Э. Баумана и ВНИИА им. Н.Л. Духова — одного из ведущих предприятий госкорпорации «Росатом» достигли мирового рекорда по «времени жизни» сверхпроводниковых кубитов. Полученные результаты не уступают мировым аналогам от IBM, Google, Intel, работа над которыми велась более десятилетия.
Исследование проводилось на базе совместного научно-образовательного центра «Функциональные микро и наносистемы МГТУ им. Н.Э. Баумана» в кооперации с учеными нескольких институтов. Всего за два года была разработана технология создания кубитов со «временем жизни» на уровне 50 микросекунд.
Цель — 100 кубитов
— Полученный результат мы считаем промежуточным, но хорошо понимаем, что делать на следующем этапе, — пояснил «Известиям» директор Научно-образовательного центра «Функциональные микро и наносистемы» (НОЦ ФМН) МГТУ им. Н.Э. Баумана Илья Родионов. — Мы планируем двигаться в сторону 100-кубитного компьютера со временами жизни кубитов более 100 микросекунд. Мы довольно четко понимаем и представляем, что должно быть усовершенствовано и в технологии, и в эксперименте, и в измерениях, и в алгоритмах.
В результате двухлетней работы были созданы и экспериментально продемонстрированы кубиты типа 2D-трансмон.
— Существует несколько десятков типов кубитов, но всеми лидирующими коллективами выбран именно 2D-трансмон в качестве элементарной ячейки для создания многокубитных квантовых компьютеров, потому что он может обеспечить как масштабирование — то есть увеличение количество кубитов, так и большое время жизни, — сообщил «Известиям» начальник лаборатории физики микро и наноструктур ВНИИА, доктор физико-математических наук Вальтер Погосов. — Мы разработали технологию создания кубитов и уже улучшили их параметры в 50 раз за период с 2016 года.
Кубиты могут быть изготовлены методами современной наноэлектроники. А это означает простую и быструю возможность масштабирования схем и массовый выпуск квантовых процессоров. В НОЦ ФМН создана база, позволяющая конкурировать с мировыми научными лабораториями.
Кубиты не терпят любых, даже атомарных загрязнений интерфейсов и поверхностей, поэтому требуют применения сложнейших технологий. Они работают стабильно только в контролируемой среде и при температурах вблизи абсолютного нуля по Кельвину.
Россия — в числе лидеров
В России впервые создан комплекс конкурентоспособных серийных технологий и решений в области квантовых вычислений на базе кубитов. В НОЦ ФМН разработана технология изготовления кристаллов квантовых процессоров с нанометровыми размерами элементов кубитов. Создан базовый модуль сверхпроводникового квантового компьютера.
Комплекс не имеет аналогов в России и соответствует лучшим мировым образцам.
— Мы знаем об успехах коллег, это действительно большое достижение, — рассказал научный руководитель центра квантовых технологий МГУ им. М.В. Ломоносова Сергей Кулик. — В мире сейчас идет гонка — кто первым сделает квантовый компьютер. Несколько крупных корпораций — IBM, Goоgle, Rigetti вкладывают в создание прототипов большие деньги. 50 микросекунд — действительно уровень мирового рекорда. У нас исследованиями сверхпроводящих кубитов занимаются в Бауманском университете, НИТУ «МИСиС», Черноголовке и Физтехе. Все эти организации являются соисполнителями одного крупного проекта, который поддержал Фонд перспективных исследований.
Работы осуществлены в рамках проекта Фонда перспективных исследований (ФПИ).
Работа была произведена на базе совместного научно-образовательного центра «Функциональные микро и наносистемы МГТУ им. Н.Э. Баумана» (НОЦ ФМН) c ВНИИА ГК «Росатом», в кооперации с учеными ИФТТ РАН, МИСиС, МФТИ, РКЦ и НГТУ. Благодаря совместной работе лидирующих российских научных команд, созданной в рамках проекта ФПИ, уже реализованы однокубитные и двухкубитные логические вентили с точностью операций от 80 до 99%, что позволит в ближайшее время перейти к созданию российских многокубитных квантовых процессоров.
