Прорыв в разработке квантового компьютера: Создан первый российский кубит

Техника
мобильная версия
, Текст: Сергей Попсулин
Ученые впервые в России смогли создать кубит — элементарный объект для хранения данных в квантовом компьютере. Для этого они использовали два сверхпроводника, разделенные тонким слоем диэлектрика. Исследователи планируют использовать это достижение для дальнейшего изучения квантовых систем.

Ученые Российского квантового центра, Московского физико-технического института (МФТИ), Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Института физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) впервые в России создали сверхпроводящие кубиты — основные элементы будущих квантовых компьютеров. Об этом сообщается на сайте Квантового центра.

Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит – 1 или 0. Кубиты – это квантовые объекты, которые могут находиться в суперпозиции двух состояний, то есть кодировать сразу логическую единицу и ноль, что создает принципиально новые возможности для обработки информации. Компьютер из нескольких тысяч кубитов может легко превзойти мощнейшие современные суперкомпьютеры в решении целого ряда вычислительных задач, объяснили в квантовом центре.

В роли кубитов могут выступать атомы или электроны, данные кодируются в их спине (магнитном моменте). Однако такие кубиты крайне неустойчивы к внешним воздействиям, их состояние легко разрушается из-за внешних «шумов», процедура считывания и записи информации на них крайне сложна, как и ловушки, которые используются для их хранения.

В начале 2000-х годов ученые обнаружили, что можно создавать «искусственные атомы», которые ведут себя в соответствии с законами квантовой физики, но значительно проще в использовании. Одни из таких объектов – джозефсоновские контакты, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Электроны благодаря квантовым эффектам могут «просачиваться» (туннелировать) сквозь диэлектрик.

Созданные российскими учеными кубиты состоят из четырех джозефсоновских контактов на «петле» размером в один микрон. Контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных слоем диэлектрика (оксида алюминия) толщиной около 2 нм. Ученые прозондировали устройство микроволновым излучением и определили, что его свойства соответствуют заданным параметрам. Какие именно сверхпроводники исследователи использовали в своей работе, они не уточнили.


Установка для получения кубита в Квантовом центре.

«Мы создали инструмент, средство для проведения дальнейших исследований в области квантовых вычислений. С его помощью мы сможем достичь научных результатов, которые пока не получал никто в мире», – отметил Олег Астафьев, один из руководителей проекта (со стороны МФТИ). «Наша работа свидетельствует, что в России теперь есть технологии и команды ученых, которые могут включиться в мировую гонку построения квантовых компьютеров», – добавил руководитель исследования со стороны Квантового центра. Алексей Устинов. Также в команду вошел Валерий Рязанов (со стороны ИФТТ).

Ранее, в 2013 г., группа под руководством Устинова в МИСиС при участии Об Квантового центра измерила кубит, который был создан в Германии. Теперь ученые получили собственно российский кубит.

Российский квантовый центр был создан в 2010 г. Основное направление деятельности — научные разработки, способные в будущем привести к появлению фундаментально новых технологий. В попечительский совет центра входят основатель и гендиректор компании Acronis, сооснователь Parallels и Runa Capital Сергей Белоусов, акционер Evraz Александр Абрамов, зампред правления Газпромбанка Дмитрий Зауэрс и другие.

В марте 2015 г. Российской квантовый центр получил i230 млн инвестиций от Газпромбанка. Эти средства планируется потратить на подбор специалистов, оборудование и другие затраты по пяти основным проектам, связанным с непрослушиваемыми каналами связи, устройствами для диагностики в биомедицине и другими технологиями.

В декабре 2012 г. Квантовый центр получил грант от «Сколково» в размере i1,31 млрд. Одним из условий его предоставления является привлечение сторонних средств. Из указанной суммы «Сколково» обязуется вложить лишь i856 млн, остальные i461 млн ученые должны получить от частных инвесторов. Инвестиции Газпромбанка закрыли обязательства Квантового центра по самостоятельному привлечению средств.

Активный интерес к квантовым системам проявляет корпорация Google. В сентябре 2014 г. она объявила о намерении заняться самостоятельной разработкой, изготовлением и тестированием процессоров для квантовых систем. Для этого корпорация пригласила команду ученых во главе с Джоном Мартинесом (John Martinis) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Эта группа в апреле 2014 г. разработала простейший прототип квантового процессора, способного с высокой степенью надежности оперировать пятью кубитами. Достижение ученых было широко освещено в научной прессе, включая популярный журнал Nature, а руководитель группы получил Премию Фрица Лондона, которая присуждается за выдающийся вклад в области физики низких температур.