В РФ создают квантовый компьютер на холодных ионах кальция

Мировые ученые продолжают квантовую гонку: в стремлении овладеть технологиями будущего разрабатывают софты, обеспечивающие работу вычислителей и их защиту, создают сверхчувствительные сенсоры, по-охотничьи выслеживают атомы по мониторам и загоняют их в ловушки.

«Внутри вакуумной камеры есть печка. По сути, это трубка, в которой есть спрессованный кальций. Ее нагревают, и эта трубка создает поток атомов, именно атомов – не ионов, в направлении ловушки», – рассказал Кирилл Лахманский, руководитель научной группы по созданию квантового компьютера на холодных ионах Российского квантового центра.

Дальше в дело вступают лазеры: так ученые ионизируют эти атомы, получая кубиты для дальнейшей работы квантового компьютера. Такие микрочастицы, как единицы информации, вместо строгих «0» или «1», как в привычном бите, вычисляют оба значения одновременно.

«Сейчас мы выстроили там порядка ста ионов – это то, с чем мы сейчас работаем. Но опять-таки: не все эти ионы будут являться кубитами. То есть в дальнейшем это будет тяжелый процесс, когда мы начнем работать с маленькими пакетами ионов, то есть с двумя, четырьмя, шестнадцатью, двадцатью и так далее», – отметил Лахманский.

Разработка квантового компьютера на холодных ионах кальция – один из самых молодых проектов центра. В других лабораториях ученые создают кубиты и из других систем.

«Используя фотоны, мы можем делать не только квантовые вычислительные устройства, но еще огромное количество интересных технологий для других областей. Например, мы можем использовать такие интегральные наноструктуры, с которыми мы здесь работаем для создания очень стабильных лазеров», – сообщил Дмитрий Чермошенцев, старший научный сотрудник группы квантовой оптики Российского квантового центра.

Кроме того, здесь разрабатывают источники для «частотных линеек», которые, наподобие привычных школьных, измеряют, но вместо длин объектов – расстояние от одного сигнала до другого.

«Эти системы можно использовать, например, для создания лидаров, либо для спектроскопии, либо для исследования каких-то астрономических свойств экзопланет, атмосферы экзопланет и так далее», – сказал Чермошенцев.

Квантовые технологии обещают прорыв в целом ряде областей – от медицины до исследований материалов. Создавать большое количество кубитов сегодня возможно, главная задача – добиться устойчивости в объединении их в системы.

«Мы планируем перейти к планарной технологии, где на поверхности чипа мы будем выстраивать определенную электродную структуру, которая эффективно позволит ловить ионы. И тут мы планируем как раз таки сделать регистр с большим количеством контролируемых ионов и таким образом решить проблемы с масштабированием», – подчеркнул руководитель научной группы по созданию квантового компьютера на холодных ионах Российского квантового центра.

Однако их близость к поверхности ловушки приводит к увеличению количества шума, на который так остро реагируют ионные кубиты. И хотя фотоны в этом случае более устойчивы к звукам, эти частицы задают исследователям другие загадки.

«Однофотонная нелинейность – это сложный процесс, которого в фотонике тяжело достигнуть. Сейчас все научные группы борются как раз с тем, чтобы придумать, как правильно реализовывать однофотонную нелинейность, чтобы делать эти универсальные квантовые вычисления в дальнейшем», – сообщил старший научный сотрудник группы квантовой оптики Российского квантового центра.

Создание квантового компьютера, способного обойти существующую технику не только в скорости решения, но и количестве задач, пока дело будущего, но не самого далекого. В этом году ученые уже представили 16-кубитную машину. В целях дорожной карты до 2024 года – довести число квантовых единиц информации до 100. Об этом сообщает TV BRICS.