Спецпроекты

В России разработан уникальный пятикубитовый квантовый компьютер. IBM сомневалась в возможностях россиян

Техника

Российские ученые создали первую отечественную пятикубитную интегральную схему для квантовых вычислений. Над ней работали специалисты МФТИ, и это полноценный российский прототип квантового процессора, который может использоваться в квантовом машинном обучении. Глава IBM Арвинд Кришна в начале 2020 г. открыто выразил сомнение, что Россия способна сделать прорыв в области квантовых вычислений.

Отечественный квантовый процессор

В России разработана первая интегральная схема на базе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Ее создали специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) в Лаборатории искусственных квантовых систем (ЛИКС), и, как сообщили CNews представители вуза, эту разработку можно считать прототипом квантового процессора.

Разработчики этой многокубитовой системы в своем официальном сообщении утверждают, что она уникальна и полностью управляема. С их слов, даже на нынешней стадии разработки она может применяться в квантовом машинном обучении – отдельной области науки на пересечении квантовой физики и современных технологий обработки информации.

Созданная в лаборатории МФТИ, интегральная схема была изготовлена при участии сотрудников Центра коллективного пользования (ЦКП) (еще одно подразделение МФТИ). На момент публикации материала она прошла ряд испытаний, которые показали, что все ее элементы работают именно с теми параметрами, на которые рассчитывали разработчики.

Шесть лет работы

Первый российский кубит, по словам научного сотрудника ЛИКС Алексея Болгара, был получен шесть лет назад, в 2015 г. непосредственно в этой лаборатории. С его слов, после этого сотрудники лаборатории и ЦКП продолжили работу в данном направлении. «Все эти годы сотрудники ЦКП МФТИ и лаборатории трудились над улучшением технологии изготовления сверхпроводящих квантовых структур с различной архитектурой. В результате сейчас мы имеем технологию, которая уже достаточно надежна для создания многокубитных вычислительных устройств. Созданная нами интегральная квантовая схема, в отличие от ранее разработанных в России прототипов, позволяет полностью контролировать состояние всех пяти кубитов. Такие интегральные схемы и необходимы для создания универсального квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах. Это большой технологический успех», – отметил Алексей Болгар.

mfti600.jpg
Для дальнейшего развития интегральных схем МФТИ требуется модернизация его лабораторий

Представители МФТИ отметили, что создание российской многокубитовой интегральной схемы стало возможным благодаря четырем факторам, и первый среди них – это значительное улучшение контроля геометрических и электрических параметров туннельных контактов. По словам представителей вуза, эти контакты можно считать «сердцем» сверхпроводящих кубитов, поскольку от качества и воспроизводимости их изготовления напрямую зависит работоспособность всей квантовой схемы.

Второй фактор заключается в наладке технологии изготовления микроволновых резонаторов, добротность которых в однофотонном режиме составляет сотни тысяч. Это тоже очень важная часть квантовых интегральных схем – они нужны для считывания квантового состояния кубитов.

Третий фактор – отладка процесса изготовления «навесных мостиков» (air bridge), необходимых для подавления паразитных резонансных модов, что положительно сказывается на добротности структур. Но самой важной составляющей, позволившей специалистам МФТИ создать многокубитовую схема, по их мнению, является накопленный ими за последние несколько лет опыт в этой сфере.

Планы на будущее

В МФТИ не уточняют, когда именно начнется эра российских квантовых компьютеров, как и не раскрывают свои дальнейшие планы по разработке новых многокубитовых интегральных схем и их внедрению. По словам Алексея Болгара, принимавшего непосредственное участие в разработке пятикубитовой схемы, Для каких-либо дальнейших действий в этой сфере необходимо модернизировать как ЦКП, так и лабораторию ИКС в составе МФТИ.

«Наши текущие результаты говорят о том, что технологические и измерительные возможности ЦКП и нашей лаборатории позволяют отработать и выполнить все этапы, необходимые для создания элементов квантовых процессоров, от технологических чертежей до интегральной квантовой схемы на чипе и ее измерений. Однако дальнейшее развитие работ по созданию управляемых элементов квантового компьютера и самого компьютера потребует модернизации “чистой зоны” ЦКП и дополнительного оснащения лаборатории современным исследовательским оборудованием», – отметил Алексей Болгар.

IBM сомневалась в успехах России

Компания IBM в лице своего генерального директора Арвинда Кришны (Arvind Krishna) выказывала сомнения в возможностях России создать собственный квантовый компьютер. В конце февраля 2020 г. Кришна, возглавивший IBM в апреле 2020 г., заявил, что IBM опережает другие страны «на десятилетия, а то и больше». На момент этого заявления Кришна, как сообщал CNews, занимал пост старшего вице-президента IBM по облачным и когнитивным решениям.

CIO и СTO: как меняется влияние ИТ-руководителей в компаниях?
Новое в СХД

Кришна также сообщил, что некоторые конкуренты компании, включая Google и ряд китайских предприятий, могут догнать IBM в ближайшие несколько лет. В потенциале России он усомнился: «Россия сообщила, что инвестирует несколько миллиардов рублей на создание квантового компьютера. Я полагаю, это вовсе не означает, что у них есть возможность сделать это», – отметил глава корпорации.

Арвинд Кришна ссылался на заявление директора по цифровизации госкорпорации «Росатом» Екатерины Солнцевой, сделанное в ноябре 2019 г. Она говорила о проекте по инвестированию в квантовые компьютеры не просто миллиардов, а десятков миллиардов рублей, точнее, 24 млрд руб.

Слова Екатерины Солнцевой подтвердились в июне 2020 г., когда в распоряжении CNews оказалась дорожная карта, подготовленная госкорпорацией «Росатом» в рамках соответствующего контракта с Правительством. В ней говорилось, что на развитие квантовых вычислений планируется вложить 23,6 млрд руб.

Основные затраты, согласно документу, будут связаны с разработкой квантовых процессоров, причем четырех разных типов. Также запланировано создание облачной платформы для доступа к квантовых вычислениям.

Что до IBM, то компания делает определенные успехи на поприще квантовых вычислений. К примеру, еще в начале января 2019 г. она продемонстрировала разработанный ее специалистами прототип квантового 20-кубитного компьютера в оригинальном компактном корпусе.

Система представляла собой квантовое вычислительное устройство четвертого поколения, заключенное в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м, который был выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. IBM позиционировала новинку как устройство для научного и коммерческого использования.