Специалистами Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН создан прототип квантового компьютера на ионах. Ученым удалось построить систему из четырех кубитов, не наращивая число ионов, а за счет оригинальной технологии масштабирования квантовых процессоров с помощью многоуровневых носителей информации — кудитов.

Как известно, в обычных компьютерах минимальной единицей информации является бит, способный принимать значение «ноль» или «единица». В то же время в квантовых компьютерах в таком качестве выступает квантовый бит (кубит), способный находиться в обоих состояниях одновременно. Поскольку кубиты можно связывать друг с другом, количество состояний, которые может принять квантовый процессор, быстро растет. В результате появляется возможность решать сложные вычислительные задачи качественно быстрее, чем с применением классических компьютеров.

Наряду с кубитами существуют их расширенные версии — кудиты. Кудит, способный одновременно находиться в трех состояниях, называется кутрит, а кудит, споосбный одновременно находиться в четырех состояниях — кукварт. Прототип, созданный российскими учеными, состоял из двух куквартов, что полностью эквивалентно четырем кубитам.

Исследователи захватили в вакуумной камере два иона. Далее они с помощью лазера провели выполнили набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию двух частиц (Мёльмера-Соренсона). Эксперимент показал, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами. Как утверждается, это позволит в будущем обеспечить более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.

«Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития», — подчеркнул Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом».