Физики создали и проверили в работе первый в мире 51-кубитный квантовый компьютер

Группа ученых из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина, профессора физики из Гарварда и сооснователя Российского квантового центра, создала и успешно проверила программируемый квантовый компьютер на базе 51 кубита, став, таким образом, лидером среди участников квантовой гонки. Об этом сам Лукин сообщил, выступая с докладом на IV Международной конференции по квантовым технологиям в Москве (ICQT-2017) 14 июля.

Множество научных групп сейчас пытаются создать универсальный квантовый компьютер, в эти проекты вкладывают средства многие правительства и корпорации, например, Google, IBM, Microsoft или китайский интернет-ритейлер Alibaba. Вычислительные элементы таких компьютеров – кубиты – построены на основе квантовых объектов: ионов, охлажденных атомов или фотонов, способных находиться в суперпозиции нескольких состояний. Это позволяет квантовым компьютерам одновременно, за один такт, делать сразу множество вычислений. Квантовые компьютеры смогут справляться с задачами, для решения которых классическим компьютерам потребовались бы миллиарды лет. Например, с их помощью можно моделировать поведение сложных квантовых систем, и создавать новые материалы с уникальными свойствами.

Возможности квантовых компьютеров зависят от числа кубитов. Уже несколько десятков кубитов могут дать такой выигрыш в вычислительной мощности, который недостижим для классических компьютеров. Сегодня квантовая лаборатория корпорации Google под руководством Джона Мартиниса планирует эксперименты на компьютере с 49 кубитами, IBM уже проводит эксперименты с 17-кубитным устройством. Создание 51-кубитного компьютера – гигантский шаг вперед в этой области.

Как сообщил Лукин, выступая на конференции ICQT, он и его коллеги использовали кубиты на основе холодных атомов, которые удерживались оптическими «пинцетами» - специальным образом организованными лазерными лучами. Большинство современных квантовых компьютеров основаны на использовании сверхпроводящих кубитов на основе контактов Джозефсона.

Лукину и его коллегам удалось решить с помощью своего квантового вычислителя задачу моделирования поведения квантовых систем из множества частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров. Более того, в результате им удалось предсказать несколько ранее неизвестных эффектов, которые затем были проверены с помощью обычных компьютеров. Полученные результаты были постфактум проверены на обычных компьютерах. Ученым удалось найти способ приближенных вычислений, которые помогли получить сходный результат на классическом компьютере.

В ближайшее время ученые намерены продолжить эксперименты с квантовым компьютером, возможно, они попытаются использовать эту систему для проверки алгоритмов квантовой оптимизации, которые позволяют превзойти существующие компьютеры.

По словам Лукина, статья с результатами работы принята к публикации и в воскресенье появится на сервере препринтов arXiv. Вечером, 14 июля, он примет участие в открытой дискуссии на конференции ICQT, которая состоится после публичной лекции Джона Мартиниса.