2024: Российские ученые доказали эффективность трехуровневых квантовых систем – кутритов
Ученые Университета МИСИС,Российского квантового центра, ФИАН им. Лебедева и МФТИ продемонстрировали работоспособность трехуровневых квантовых систем – кутритов сразу на двух типах отечественных квантовых процессоров — сверхпроводниковом и ионном. С помощью кутритов исследователи смоделировали неравновесный фазовый переход нарушения симметрии чётности и времени. Такая симметрия нарушается, если изолированная физическая система начинает взаимодействовать с окружающим миром, теряя при этом часть своей энергии. Об этом 1 апреля 2024 года сообщили представители Университета МИСИС.
Как сообщалось, принято считать, что элементарной ячейкой квантовой информации является квантовый бит (кубит) – двухуровневая квантовая система, способная находится как в состояниях 0 или 1, так и одновременно в их суперпозиции. Однако возможности многих физических систем заметно шире, и количество уровней в базовой квантовой ячейке может быть больше двух. Использование этих дополнительных уровней дает прирост производительности квантового процессора при том же количестве элементарных ячеек.
Работа российских ученых содержит в себе сразу несколько достижений. Во-первых, был выполнен алгоритм, позволивший промоделировать различные режимы затухающих колебаний некоторой абстрактной квантовой системы на квантовом процессоре. Подобная концепция уже была предложена научной группой хельсинского университета Аалто, однако, в отличие от финских коллег, нашим ученым для реализации идеи потребовался всего лишь один кутрит вместо двух полноценных кубитов, что является более экономичным решением с точки зрения ресурсов квантового процессора. Во-вторых, представленный алгоритм был успешно выполнен сразу на двух различных квантовых платформах: в ФИАН на ионах в ловушке , а в НИТУ МИСИС на сверхпроводниковом 8-кубитном процессоре.
 | Для меня этот результат представляется важным прежде всего потому, что одновременно, фактически в параллельном режиме, квантовые алгоритмы были запущены на двух совершенно разных физических платформах – сверхпроводящей и ионной – в двух ведущих российских исследовательских центрах. Идентичность результатов указывает на достоверность и воспроизводимость расчетов на разных аппаратных средствах и, конечно, на справедливость квантовых постулатов. сообщил Николай Колачевский, директор Физического института им. П.Н. Лебедева РАН |  |
| | Для нас это исследование крайне важно, чтобы продемонстрировать потенциал квантовых вычислений в изучении фундаментальных физических явлений, таких как фазовые переходы. Реализация данного эксперимента потребовала развития экспериментальных методов контроля многоуровневыми квантовыми системами, что было продемонстрировано для двух разных физических платформ. отметил Алексей Фёдоров, директор Института физики и квантовой инженерии Университета МИСИС | |
| | Исследование дополнительного уровня на сверхпроводниковых кубитах представляет для нас больший интерес. Проделанная работа является важным шагом на пути к реализации защищенных логических кубитов с использованием кодов коррекции квантовых ошибок, так как именно утечка квантовой информации на этот уровень считается наиболее трудно исправляемой ошибкой. Кроме того, дополнительный уровень дает возможности с точки зрения выполнения квантовых алгоритмов здесь и сейчас. Например, его можно использовать для эффективной декомпозиции сложных квантовых операций таких как вентиль Тоффоли. Наконец, отдельного внимания заслуживают в принципе исследования, связанные с квантовой тернарной логикой, поскольку она позволяет при практических тех же физических ресурсах оперировать логическим пространством большой размерности. сообщила Алёна Казьмина, первый автор работы, сотрудник РКЦ и лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий Университета МИСИС | |
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A. (Q1). Работа поддержана госкорпорацией «Росатом» в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям. Исследование выполнено консорциумом «Квантовый интернет», созданным в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».
| | На апрель 2024 года в Университете МИСИС представлены все направления в области квантовых технологий – разработка квантовых процессоров, алгоритмы квантовых вычислений, а также квантовые коммуникации и сенсоры. Наш вуз – активный участник реализации дорожных карт «Квантовые технологии» и «Квантовые коммуникации». Над проектами работают ведущие исследователи мирового уровня, среди них – д.ф.-м.н. Алексей Устинов, д.ф.-м.н. Григорий Гольцман, д.ф.-м.н. Валерий Рязанов, PhD по теоретической физике Алексей Федоров. В рамках программы «Приоритет 2030» мы сформировали и реализуем стратегический проект «Квантовый интернет», логичным продолжением которого стало создание осенью 2023 года Института физики и квантовой инженерии в структуре вуза. прокомментировала Алевтина Черникова, ректор НИТУ МИСИС | |
В дальнейшем ученые планируют продолжить разработку квантовых алгоритмов на кутритах и, в частности, исследовать методы коррекции квантовых ошибок, затрагивающие дополнительные уровни.
Смотрите также
