Оптическая ловушка для ионов Institut für Experimentalphysik
В России официально объявлены планы по созданию квантового вычислительного устройства. Консорциум, в который входят МГУ, ВЭБ, Фонд перспективных исследований и ряд других организаций, намерен разработать квантовый симулятор, состоящий не менее чем из 50 кубитов, сообщает пресс-служба «ВЭБ Инноваций». Ранее российские ученые занимались только единичными кубитами, в то время как западные коллеги уже демонстрировали установки с 50 кубитами.
Существует несколько типов квантовых вычислителей: универсальные квантовые компьютеры, способные выполнять любые квантовые алгоритмы, и квантовые вычислители, в которых квантовые объекты имитируют поведение реальных систем, например, атомных спинов в магнитных материалах или сверхпроводниках. Сложность допустимых вычислений и моделируемых систем экспоненциально зависит от числа кубитов в вычислителе. Кубит, в отличие от «обычных» битов, может находиться в суперпозиции нескольких состояний, что позволяет одновременно выполнять множество вычислений.
Считается, что уже 50-кубитный универсальный квантовый компьютер будет способен справляться с задачами, недоступными для самых мощных современных суперкомпьютеров. Однако квантовые вычислители обладают преимуществами только в ограниченном диапазоне применений. Например, существуют квантовые алгоритмы, которые существенно ускоряют разложение чисел на простые множители (алгоритм Шора, представляющий угрозу для современных систем шифрования) и поиск корней булевых функций (алгоритм Гровера). Кроме того, квантовые симуляторы способны эффективно предсказывать поведение реальных квантовых систем, таких как молекулы или электроны в кристаллах.
На сегодняшний день международные группы уже создали квантовые симуляторы на основе 53 кубитов и 50-кубитные универсальные квантовые компьютеры. Важно, на каких конкретных физических объектах основаны кубиты. Два наиболее популярных направления — сверхпроводящие джозефсоновские контакты и холодные атомы и ионы. Например, рекордно сложный 53-кубитный вычислитель построен на основе ионов иттербия, а в универсальных компьютерах чаще используются сверхпроводящие системы.
В соглашении, подписанном в рамках Российского инвестиционного форума Внешэкономбанком, «ВЭБ Инновации», Фондом перспективных исследований, МГУ имени М.В. Ломоносова и АНО «Цифровая экономика», говорится о разработке 50-кубитного вычислителя на базе фотонных чипов и нейтральных атомов, который будет использоваться для нужд производителей новых материалов и фармацевтических препаратов. Точные сроки реализации проекта и источники его финансирования в документе не указаны.
Ранее в России создавались лишь единичные кубиты на базе сверхпроводящих контактов Джозефсона, в этом проекте участвовали МИСиС, Российский квантовый центр, МФТИ и Институт физики твердого тела РАН. На физическом факультете МГУ существует лаборатория, где разрабатываются системы квантовой криптографии, а квантовыми технологиями в России также занимается петербургский ИТМО. Вероятно, новый проект будет реализован совместно с Центром квантовых технологий МГУ, который недавно выиграл грант для центров компетенций Национальной технологической инициативы.
Квантовые вычислители уже находят применение в решении различных прикладных задач. Например, в 2016 году Google использовала квантовые нейронные сети для моделирования молекулы водорода. В 2017 году физики из IBM смоделировали более сложную молекулу — гидрид бериллия. Кроме того, квантовые компьютеры использовались для исследования закономерностей рождения электрон-позитронных пар из-за флуктуаций вакуума. В перспективе вычислители позволят эффективно моделировать сложные молекулы и их свойства, что даст возможность точнее определять, как взаимодействуют молекулы лекарств с рецепторами на мембранах клеток.
Автор: Владимир Королёв
Читайте также: Уборка навредила женским легким. Холодный, как лимонад. Что такое крионика и можно ли найти бессмертие в жидком азоте. Для бензиновых двигателей создали систему динамического пропуска зажигания.