Команда российских ученых создала квантовую систему на мировом уровне

0 8

Представлен первый четырехкубитный сверхпроводниковый процессор

Первый отечественный четырехкубитный квантовый процессор продемонстрировала команда ученых МФТИ и Национального исследовательского технологического университета МИСИС. О том, как быстро российские ученые наращивают потенциал, двигаясь к созданию квантового компьютера, что им мешает, о чем мечтает молодой специалист по квантовой физике в России, мы побеседовали с научным сотрудником лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСИС Ильей Москаленко.

Команда российских ученых создала квантовую систему на мировом уровне

Илья Москаленко возле криостата. Золотистый короб криостата экранирует квантовый процессор от влияния тепловых шумов. Фото: МИСИС

Наверняка для большинства наших читателей-гуманитариев значения терминов «квантовый процессор» или «кубит» до сих пор представляются чем-то из области фантастики. Но поскольку мир движется именно к этому виду вычислительной техники, который, возможно, совсем скоро заменит наши обычные «битовые» компьютеры, разбираться в этой непростой теме немного надо. Тем более, что и повод информационный имеется, – создание первого в стране четырехкубитного процессора на сверхпроводниках.

Справка «МК». Компьютеры, которыми мы сейчас повсеместно пользуемся, используют в качестве единицы информации бит (сигнал, который может принимать два значения: включено или выключено –  0 или 1). Кубит – как единица информации квантового компьютера (в роли которой может выступать структура из сверхпроводящего металла, напыленного на кремниевую пластину), также может быть в позиции 0 или 1, но при этом способен находиться и в их суперпозиции (то есть быть и нулем, и единицей одновременно). Такая суперпозиция позволяет процессору, состоящему из многих кубитов, делать параллельные вычисления за максимально короткое время, на несколько порядков превышающее возможности современных компьютеров.

– Илья, расскажите, что представляет собой четырехкубитный процессор, который собрала ваша команда?

– Вообще-то в нашем процессоре их – пять, но в работе себя показали пока четыре из них. Кубиты из чистого алюминия (на схеме они представлены крестиками) нанесены на кремниевую пластину по соответствующему рисунку. Эта микросхема устанавливается в специальный держатель и там работает, если ее охладить до сверхнизких температур, порядка десятков милликельвинов.

Команда российских ученых создала квантовую систему на мировом уровне

Микросхема квантового процессора (крестиками помечены места размещения кубитов) Фото: МИСИС

– Зачем им надо находиться при такой низкой температуре?

– Квантовая информация в кубитах очень чувствительна к тепловым шумам и электромагнитным помехам. Повышенная температура и загрязнения рядом с кубитом способны очень быстро приводить к потере информации. Для того чтобы он нормально работал, температура возле него должна быть близкой к абсолютному нулю.

– Поэтому ученые всего мира сейчас состязаются в том, у кого дольше «проживет» кубит?

– Да, в том числе. Чем дольше кубит способен хранить информацию, тем меньше ошибок получается в результате вычислений. Мы привыкли, что обычные компьютеры практически никогда не делают ошибок, и работают строго в соответствии с заданной программой, однако еще несколько десятилетий назад это было не так. Так и с квантовыми компьютерами, – чем выше будет надёжность кубитов, тем более сложные алгоритмы они смогут выполнять.

Недавно мы с коллегами из МГТУ им. Баумана собрали другой, двухкубитный процессор, у которого кубиты имели время жизни около 100 микросекунд – это сопоставимо с американскими и китайскими сверхпроводниковыми квантовыми процессорами, которые в мире считаются наиболее продвинутыми.

– В чем же тут хитрость? Почему вы до сих пор не числитесь среди лидеров?

– Потому что кроме продолжительности жизни для полноценного компьютера важно еще количество самих кубитов. К примеру, нашему долгоживущему процессору не хватает примерно 50-100 кубитов.

Команда российских ученых создала квантовую систему на мировом уровне

Микроволновое оборудование для управления квантовым процессором.Фото: МИСИС

– А у американцев с китайцами – по сколько?

– Google в этом году продемонстрировал 72-кубитное устройство, группа из Китая в прошлом году показала – 66 кубитов.  Совсем недавно IBM  презентовала 433-кубитный процессор, но подробные результаты пока не опубликованы.

– То есть, в идеале надо увеличивать и время жизни, и количество кубитов. Чего же вам не хватает для того, чтобы сделать это?

– Это очень сложная инженерная задача, довольно трудно сделать так, чтобы управляющий сигнал делал именно то, что нужно, и кубиты вели себя правильно. А не хватает как всегда «железа» и времени. Из-за того, что у нас все оборудование для опытов – импортного производства, нам приходится подолгу его ждать из-за рубежа, чтобы начать разрабатывать программы и проводить эксперименты. За это время наши конкуренты шагают вперед семимильными шагами.

– В чем именно вы нуждаетесь?

– В электронных литографах, которые рисуют структуру микросхемы на кремниевой подложке, на которую дальше напыляются кубиты. Таких в России не делают. Не делают также генераторы сигналов произвольной формы (AWG), которые используются для управления кубитами. У нас в МИСИСе, в Бауманке, в МФТИ есть такие, но по одному-два на всю лабораторию, а этого, увы, маловато. Второй немаловажный компонент – это набор необходимых алгоритмов и программ для работы. Базовые мы можем скачать из открытых источников, а вот для научной составляющей каждая лаборатория разрабатывает свои собственные под решаемые задачи.

– Какие задачи решают сегодня квантовые физики?

– Поскольку уже давно стало понятно, что множество кубитов сложно разместить на одной пластине, весь мир переходит на вертикально интегрированные многоуровневые микросхемы, так называемые флип-чипы, в которых объединены десятки кубитов.

– Скажите, у вас есть путеводная мечта? Чего вам лично хотелось бы по-максимуму достичь на ниве квантовых технологий?

– Наверно это прозвучит банально, но любой человек счастлив, когда ему нравится то дело, которым он занимается. Это же относится и ко мне, – каждый день в лаборатории мы решаем интересные задачи, пытаемся разобраться с тем, как устроена природа, и я говорю не только про рабочие часы, но и о дороге домой, а иногда и о выходных, если необходимо проверить новую идею. А дальнесрочной мечтой сейчас можно назвать квантовый компьютер с процессором из тысячи кубитов и с реализованной программой коррекции возможных ошибок, чтобы не терялись данные. Такая система сможет моделировать сложнейшие процессы химии, позволит разрабатывать новые  материалы,  новые лекарства и пр. 

Команда российских ученых создала квантовую систему на мировом уровне

Держатель для установки микросхемы. Фото: МИСИС

– Этот компьютер будет похож внешне на тот, которым пользуемся сейчас?

– Дисплей может и не поменяется, а вот приставка к нему будет точно выглядеть по-другому. Условно говоря, это будет обычный рабочий стол, а рядом с ним комната, в которой стоит мощный криостат для постоянного охлаждения кубитов и целая система контроля для генерации и обработки аналоговых сигналов.

– Через сколько лет может появиться тысячекубитный квантовый компьютер?

– Надеюсь, что в ближайшее десятилетие он будет реализован.

Источник: www.mk.ru

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.