Российские ученые из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) сделали большой рывок в области квантовых вычислений. Аппарат отечественной разработки, построенный на базе 50 кубитов с использованием технологии холодных ионов, с успехом прошел комплекс тестовых испытаний. Экспериментальные результаты убедительно свидетельствуют о том, что устройство соответствует мировым стандартам и во многом превосходит зарубежные аналоги.
Прорыв под руководством Росатома и ведущих ученых
Создание инновационного квантового компьютера происходило в рамках масштабной программы «Квантовые вычисления», реализуемой под эгидой Госкорпорации «Росатом». Этот амбициозный проект стартовал в 2020 году и сразу поставил перед собой цели, отвечающие самым высоким требованиям современной науки. Несмотря на то, что команда начинала практически с нуля, за короткое время удалось сформировать уникальные компетенции и достичь технологического паритета с ведущими мировыми игроками в области квантовых вычислений.
Один из ведущих сотрудников ФИАН, Илья Заливако, отмечает, что ионные квантовые вычислители на базе цепочек иттербия (¹⁷¹Yb⁺) сегодня считаются одними из самых совершенных в мире. Для управления таким вычислителем требуется чрезвычайно точная работа с лазерами: ионы удерживаются и охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, после чего с помощью лазерных импульсов в нужные моменты времени реализуются сложные квантовые алгоритмы – последовательности воздействий, приводящие к нужным вычислениям.
От кубита к кудиту: новые горизонты квантовой архитектуры
Значимым отличием отечественной разработки стало внедрение кудитов – квантовых ячеек, способных одновременно находиться не в двух, а в четырех состояниях. Это позволяет обрабатывать и хранить вчетверо больше информации по сравнению с традиционными кубитами, открывая путь к новым возможностям для квантовых алгоритмов.
Для реализации сложнейшей архитектуры учёные ФИАН предложили ряд собственных решений: разработаны уникальные методы защиты кудитов от декогеренции (разрушения квантового состояния), внедрены эффективные системы охлаждения ионных цепочек, а также инновационные способы фильтрации шумов от управляющих лазеров. Все это стало ключом к устойчивой работе компьютера и высокой достоверности выполняемых операций.
Реальные задачи и первые уникальные приложения
В ходе испытаний российский квантовый компьютер успешно решал набор задач, которые станут основой будущих прикладных исследований. Среди них – выполнение алгоритма Гровера для поиска по неупорядоченным базам данных, расчет электронной структуры молекул и моделирование динамических физических процессов.
Особое внимание привлекла возможность применения квантовых процессоров для обработки данных реального мира, например, в задачах распознавания образов. В одном из экспериментов была обучена нейросеть для сортировки рукописных цифр – пример, демонстрирующий значительный потенциал подобных решений для задач искусственного интеллекта, в том числе для анализа ДНК или поиска новых молекул для медицины и химии.
Планы по серийному производству и дальнейшему развитию
Академик РАН Николай Колачевский, возглавляющий ФИАН, подчеркивает, что созданный квантовый компьютер – не просто лабораторный прототип, а полноценная технологическая платформа. Впереди команду ожидает работа по повышению точности операций, увеличению времени когерентности и переходу к использованию кудитов на принципиально новом уровне. Ведутся исследования по масштабированию вычислительных устройств, чтобы вскоре на базе разработанных технологий создавать уже серийные образцы.
Следующий этап реализации программы связан с выводом российских квантовых компьютеров на коммерческий рынок. Для этого потребуется уменьшить размеры установок, повысить уровень автоматизации процессов и добиться максимальной надежности работы устройств без необходимости постоянного обслуживания.
Оптимистичный взгляд в будущее российских квантовых технологий
Разработка 50-кубитного квантового компьютера в ФИАН под руководством Ильи Заливако и при поддержке Николая Колачевского открыла перед российской наукой новые горизонты. Уже сейчас очевидна огромная значимость этих достижений для фундаментальных исследований, промышленности, медицины и искусственного интеллекта. Впереди – создание коммерчески доступных решений, которые позволят реализовать все преимущества квантовых вычислений на практике.
Успехи отечественных ученых вдохновляют: они демонстрируют не только научное превосходство, но и способность преодолевать сложнейшие технологические барьеры. Все это позволяет надеяться, что российская квантовая индустрия станет одним из мировых лидеров и внесет большой вклад в развитие перспективных цифровых и высокотехнологичных отраслей экономики.
Инновационное партнерство: ФИАН и Росатом вместе создают будущее
Проект объединяет усилия талантливых научных коллективов, промышленников и государственных структур. Такое партнерство становится основой для формирования современной инфраструктуры квантовых вычислений в России и выхода отечественных разработок на мировой уровень. Уверенный старт этого уникального проекта уже сегодня вселяет оптимизм в завтрашний день российской науки и технологий.
