Рига: -4.6°С
Новая архитектура: переход от кубитов к кусептам
Специалисты Российского квантового центра (РКЦ) объявили о создании первого в стране ионного квантового компьютера, построенного на базе кусептов — семиуровневых квантовых ячеек. Эта разработка знаменует собой значительный шаг вперед в отечественной квантовой инженерии, предлагая альтернативный путь масштабирования квантовых систем в противовес традиционному увеличению числа кубитов.
В основе работы классических вычислительных машин лежит бит, принимающий значения 0 или 1. Квантовые системы оперируют кубитами, способными существовать в суперпозиции обоих состояний одновременно. Однако разработчики РКЦ пошли по пути усложнения самих ячеек. В представленном процессоре, использующем 26 ионов кальция, впервые в России реализованы семиуровневые кудиты, или кусепты. Каждый такой кусепт способен кодировать значения от 0 до 6, что многократно увеличивает информационную плотность системы по сравнению со стандартными двухсостоятельными кубитами. По заявлению пресс-службы РКЦ, такая конфигурация позволила создать процессор с эквивалентной мощностью в 72 кубита.
Технологический комплекс для прорыва
Создание функционирующего прототипа потребовало разработки целого комплекса передовых технологий. Научная группа под руководством Кирилла Лахманского сосредоточила усилия на создании специализированных лазерных систем и отработке сложной оптической архитектуры, необходимой для точного управления ионами и их энергетическими уровнями.
Помимо этого, инженеры РКЦ усовершенствовали управляющую электронику и программное обеспечение, которое является критически важным для координации сложных многоуровневых операций. Точность, достигнутая в ходе испытаний, оказалась высокой для данной стадии развития: средняя точность однокубитных операций составила 99,92%, а двухкубитных гейтов — 96,5%. По словам генерального директора РКЦ Максима Острася, такой выбор архитектуры был стратегическим решением: развитие квантовых вычислений не должно сводиться к «механическому наращиванию числа кубитов».
«Ключевое преимущество процессора на кусептах — удобство масштабирования: мы можем кратно наращивать вычислительную мощность как за счет увеличения числа уровней кудитов, так и за счет числа ионов», — отметил руководитель научной группы Кирилл Лахманский.
Путь к практическому применению и планы на 2026 год
Эксперты сходятся во мнении, что переход на многоуровневые системы, такие как кусепты, приближает квантовые вычисления к реальному промышленному использованию, поскольку позволяет решать более сложные задачи на меньшем физическом числе элементов.
В ближайшей перспективе исследователи РКЦ планируют дальнейшее усовершенствование системы. Ключевым шагом станет интеграция поверхностных ионных ловушек. Это нововведение призвано обеспечить точечный, индивидуальный контроль над каждым ионом, что, как ожидается, дополнительно повысит общую точность вычислений, превосходя текущие показатели.
Уже намечен конкретный этап для тестирования прикладных возможностей нового устройства. По словам Лахманского, в начале 2026 года ученые приступят к реализации алгоритма MaxCut. Эта задача относится к классу комбинаторной оптимизации, и ее эффективное решение имеет колоссальное значение для ряда критически важных отраслей.
Значение алгоритма MaxCut
Алгоритм MaxCut, который планируется запустить на процессоре с кусептами, является фундаментальным инструментом для решения задач, связанных с поиском оптимальных конфигураций в сложных системах. Его применимость простирается от логистики и маршрутизации до проектирования сложных сетей и анализа в статистической физике.
Успешная реализация сложного алгоритма на архитектуре с кусептами подтвердит жизнеспособность выбранного Россией пути развития квантовых технологий, основанного на увеличении размерности квантовых состояний, а не только их количества. Это позволяет отечественным специалистам занять место в узком кругу мировых научных коллективов, способных работать с подобными многоуровневыми квантовыми системами.
Следите за новостями на других платформах: