В России запатентовали новую архитектуру квантового процессора

Группа учёных из Российского квантового центра получила патент на реализацию квантового компьютера на базе кудитов. Речь идёт о квантовых системах, которые могут одновременно находиться в более чем двух состояниях. Об этом пишет издание CNews со ссылкой на одного из соавторов патента, руководителя научной группы «Квантовые информационные технологии» Алексея Фёдорова.

Источник изображений: Pixabay

Новая архитектура квантового процессора позволит повысить мощность квантового компьютера на ионах, разработанного в 2021 году. На данный момент аналогичные разработки имеются только в арсенале учёных из США, Китая и Австрии. Действие патента распространяется на территорию России до 2040 года, но учёные планируют подать заявку на международную регистрацию.

Уникальность новой архитектуры заключается в том, что она предполагает использование кудитов, тогда как наиболее распространённая модель вычисления квантовых компьютеров базируется на кубитах (квантовые аналоги битов информации, способные помимо состояний 0 и 1 принимать всевозможные суперпозиции).

«Квантовые системы, в которых мы используем для вычисления атомы, ионы, частицы света, фотоны, позволяют нам кодировать информацию в гораздо большем количестве состояний. В этом состоит идея кудитов — многоуровневых квантовых систем, в которых 3-4 уровня и так далее. Мы придумали архитектуру квантового процессора, которая позволяет оптимально задействовать дополнительные уровни, чтобы имплементировать какой-либо квантовый алгоритм», — пояснил Алексей Фёдоров.

Руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Алексей Фёдоров / Источник изображения: CNews

Учёные создали два основных способа применения дополнительных уровней в архитектуре. Первый вариант предполагает использование кудита с четырьмя уровнями, который декомпозируют на несколько виртуальных кубитов. Второй вариант предполагает использование дополнительных уровней кудита в качестве промежуточных уровней для хранения информации. Они требуются в ходе квантовых вычислений как буферы для хранения информации, необходимой в ходе вычислений. При этом буфером становятся не отдельные кубиты, а дополнительные уровни внутри одного кудита.

Новая архитектура позволит учёным более плотно кодировать информацию в физических носителях, а также осуществлять реализацию более сложных квантовых алгоритмов. Это позволит повысить вычислительную мощность процессора квантового компьютера, за счёт чего операции будут выполняться быстрее. «Это шаг к дальнейшему масштабированию квантовых компьютеров, шаг к их практическому применению», — уверен господин Фёдоров.

Согласно имеющимся данным, новая архитектура уже опробована учёными Российского квантового центра и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН. В конце прошлого года они разработали прототип квантового процессора, работающего на кудитах. Он должен стать основой универсального квантового компьютера с облачным доступом, который планируется построить к концу 2024 года. На его создание «Росатом» планирует выделить 23 млрд рублей до 2024 года.