naked-science.ru Всего за несколько лет России удалось стать одной из всего лишь первых шести стран, где работают КК на 50 кубитов и более. Это впечатляет, если вспомнить, что в 2020 году в стране не было даже прототипа квантового компьютера на 10 кубитов. Кроме того, получилось создать квантовый процессор на основе кудитов — так называют квантовый объект, у которого не два состояния | 0 ⟩ и | 1 ⟩, а больше. Причем число этого «больше» обозначают как d (отсюда буква «д» в названии кудита). Если d=3, то это кутрит, если 4 — кукварт, 5 — куквинт. Почему это важно? Если мы производим поиск по неупорядоченной базе данных с помощью восьмикубитного алгоритма Гровера, то понадобится либо менее 300 запутывающих гейтов на куквитах, либо около 2000 запутывающих операций, если КК будет построен на кубитах. То есть кудитных операций надо много меньше, чем кубитных для тех же задач — а значит, в перспективе будет проще бороться с их ошибками. Количество операций с двумя кудитами для реализации алгоритма Гровера с n кубитами (где n от 2 до 10) с использованием метода разложения на кубиты, который требует n − 2 вспомогательных кубитов для разложения n-кубитных операций и имеет линейное масштабирование, метода разложения на кутриты и предложенного метода разложения на куквинты. Графические данные учитывают увеличение числа шагов Гровера в квантовых схемах с ростом количества задействованных кубитов / © A.S. Nikolaeva et al. Из всего этого ясно: кудиты выглядят очень перспективным дополнением к классическим кубитам. Стоит отметить, что Россия реализовала кудитные КК третьей в мире. Кроме нас, их на тот момент сделали только Австрия и США. Одновременно ведется работа по созданию ПО для квантовых вычислений: уже сделана отечественная облачная платформа — будущий сервис по предоставлению доступа как к КК, так и к различным квантовым алгоритмам для вычислений в рамках решения практических задач различных отраслей. С их помощью можно будет решать задачи квантовой оптимизации, квантовой химии, квантового моделирования, обработки больших данных и многое другое. В результате за 2020-2024 годы Россия перешла от положения отстающей в тройку лидеров квантовой гонки, наряду с США и Китаем, по наличию работающих квантовых вычислителей на всех четырех платформах, а также оказалась в числе первых шести стран, имеющих действующие квантовые процессоры на 50 и более кубитов. «Создание 50-кубитного ионного квантового компьютера означает, что Россия вошла в число мировых лидеров сферы квантовых технологий… Эта работа проводится для того, чтобы обеспечить технологическое лидерство нашей страны на десятилетия вперед. Следующий шаг — это практическое применение квантовых вычислителей для улучшения жизни людей и придания нового качества нашей экономике» — резюмирует ситуацию глава «Росатома» Алексей Лихачев Самый мощный российский КК на ионах иттербия В 2024 году в рамках дорожной карты в нашей стране создали, а в 2025 году в ходе серии исследовательских экспериментов оценили характеристики первого российского 50-кубитного компьютера, построенного по технологии холодных ионов. Он расположен в Физическом институте имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) и работает на 25 ионах иттербия-171, которые охлаждаются почти до абсолютного нуля и управляются при помощи лазерных импульсов. Поскольку компьютер основан на кудитах (конкретнее — куквартах), он позволяет сохранять и обрабатывать за цикл больше информации, чем обычный КК с тем же числом ионов. Директор ФИАН академик РАН Николай Колачевский отметил: «Это не просто экспериментальный прототип — это полноценная платформа для проведения исследований и решения задач. Следующий этап развития системы связан с повышением точности операций и времени когерентности. Помимо этого, мы продолжаем изучать новые подходы к использованию кудитов, где являемся одними из лидеров в мире». Николай Колачевский (крайний слева) / © ФИАН, ИБИС Чтобы убедиться в эффективности нового КК, на нем провели расчеты по алгоритму Гровера (все тот же поиск по неупорядоченной базе данных), а также рассчитали структуру нескольких молекул. Подобные системы могут заниматься разными практическими задачами, от распознавания лиц до считывания ДНК. Илья Заливако, старший научный сотрудник ФИАН, поясняет детали тестирования так: «На уровне до полусотни кубитов ионные вычислители – наиболее совершенные среди квантовых устройств. При их создании одна из самых сложных задач – научиться делать запутывающие операции, для чего нужно заставить кубиты взаимодействовать друг с другом контролируемым образом. Еще один вызов – увеличение числа кубитов без потери качества и скорости операций. Так, в ходе тестирования были исследованы ключевые характеристики компьютера – достоверность однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности – согласованной работы кудитов до того, как их квантовое состояние будет разрушено». Почему было важно протестировать все это? Чтобы защитить кукварты от декогеренции, ученые ФИАН создали новый способ их защиты от колебаний магнитного поля и фильтрации шумов лазера, который управляет частицами. Убедиться в их работоспособности без сложных и длительных испытаний не вышло бы. А, как мы уже отмечали выше, именно минимизация числа ошибок в случае КК может быть главной сложностью в их практическом применении. Илья Заливако / © Отдел по связям с общественностью ФИАН Выше речь шла об универсальных квантовых компьютерах — тех, на которых можно реализовать любые квантовые алгоритмы: Гровера, Шора и прочих. С одной стороны, универсальность — хорошо, но одну конкретную специфическую задачу лучше может выполнять специализированная машина. Скажем, компания D-Wave предлагает именно такие, которые уже сегодня состоят из тысяч кубитов. Это так называемые квантовые симуляторы. Они ищут минимум у очень сложной функции («квантовый отжиг») значительно лучше универсальных машин, хотя и не могут решать каких-либо другие задачи. Другие виды специализированный вычислителей — гибридные, сочетающие вычислительные устройства на кубитах с классическими нейросетями, которые отсеивают часть ошибок КК. Создаются такие системы и в России: для симуляции конкретных систем, включая атомные реакторы, они зачастую быстрее универсальных вычислителей позволяют скорее перейти к использованию квантовых технологий для решения практических задач. А знают ли в мире, зачем строят квантовые компьютеры? В мире в числе самых перспективных сфер применения квантовых компьютеров видят, в первую очередь, медицину и фармацевтику. В моделировании сложных молекул для лекарств и вакцин, а также развитии персонализированных медицинских технологий КК будут незаменимы. Как и в создании новых материалов с заданными характеристиками для дальнего космоса или накопителей энергии. Еще одна важная область применения — финансовый сектор, к примеру, оптимизация инвестпортфелей или оценка кредитоспособности организации или человека. В логистике применение квантовых вычислений облегчит, потенциально удешевит и ускорит доставку грузов по самым сложным маршрутам. Пока внедрение квантовых технологий в мире находится на начальном этапе и количество охваченных задач невелико. Но в индустрии крепнет уверенность, что уже в ближайшие 10 лет квантовое преимущество будет достигнуто, а использование квантовых методов решения задач станет повсеместным. Российский рекордный ионный квантовый компьютер / © «Научная Россия» В нашей стране «Росатом» первым запустил отраслевую программу применения квантов. К примеру, уже использовал квантово-вдохновленные алгоритмы в своем проекте «Прорыв» для расчета оптимального распределения топлива между потребителями и оптимальной загрузки своих производственных мощностей. По предварительным тестам, расчет в среднем занимает несколько минут, обеспечивая преимущество во времени расчетов и значительно их ускоряя. В этом же проекте впервые был применен реальный квантовый компьютер: для «Прорыва» с помощью специальных алгоритмов была решена система линейных алгебраических уравнений для расчета задачи теплопереноса. Квантовые технологии: куда ведут стрелки на дорожной карте? Недавно была утверждена дорожная карта по квантовым вычислениям на период до 2030 года. Фокусом нового этапа квантового проекта является практическое применение квантовых технологий в различных отраслях промышленности, в первую очередь, в атомной отрасли. Большое внимание будет уделено развитию в России полноценной квантовой индустрии с участием научных институтов, промышленных корпораций, стартапов и центров развития. В числе целевых показателей дорожной карты до 2030 года – развитие квантовых вычислителей и программного обеспечения для них: планируется создать квантовый вычислитель объемом 300 кубитов, а также разработать и реализовать 54 новых квантовых алгоритма в дополнение к 34, созданным на первом этапе квантового проекта. Разработанное ПО будет применяться для квантовой оптимизации, квантовой химии, квантового моделирования и обработки больших данных. В интересах развития российской квантовой индустрии дорожной картой предусматривается развертывание облачной платформы для решения прикладных задач применения квантовых вычислений. Количество пользователей, применяющих квантовые вычисления через отечественный сервис расчетов, должно составить не менее 10 тысяч человек. Российский фотонный 35-кубитный квантовый компьютер / © Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова Предусмотрены и мероприятия по развитию отечественного рынка технологических решений в области квантовых вычислений. В том числе к 2030 году состоится проверка не менее 100 научных гипотез по использованию квантовых вычислений в народном хозяйстве с формулированием конкретных требований к техническому решению. Финансирование дорожной карты «Квантовые вычисления» будут осуществлять за счет бюджетных и внебюджетных источников, включая внебюджетные средства «Росатома», совокупный объем превышает 29 миллиардов рублей. Source: https://naked-science.ru/article/nakedscience/kak-rossiya-stala-odnim-i