Российские учёные представили квантовый «процессор» с рекордной точностью в трёхкубитных операциях
- Учёные из МИСИС, Российского квантового центра, ИНМЭ РАН и МФТИ напрямую реализовали трёхкубитный вентиль CCZ.
- Устройство на трёх сверхпроводниковых флаксониумах выполняет операцию одним микроволновым импульсом длительностью 65 нс.
- Точность CCZ составила 99,39%; для сопоставимой точности каскадных двухкубитных вентилей каждый должен работать с точностью около 99,94%.
Почему это важно: Прямая трёхкубитная операция избавляет от последовательного выполнения восьми двухкубитных операций, которое усложняет алгоритмы и увеличивает количество ошибок; такие операции применяются также в коррекции ошибок.
Современные квантовые вычислители и алгоритмы традиционно опираются на одно- и двухкубитные вентили. Для реализации операций над тремя кубитами необходимо последовательно выполнить восемь двухкубитных операций, что усложняет алгоритмы и увеличивает количество ошибок. В России впервые выполнили операцию сразу над тремя кубитами с рекордной точностью.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
О работе сообщили учёные из Университета МИСИС, Российского квантового центра, Института нанотехнологий микроэлектроники РАН и МФТИ. Строго говоря, речь идёт не о разработке сверхпроводникового квантового процессора, как сообщает нам официальный пресс-релиз, а о возможности выполнить сложную операцию сразу над всеми тремя кубитами с рекордной точностью.
В основе устройства лежат три сверхпроводниковых кубита-флаксониума, соединённых через общий управляющий элемент — трансмон. Он позволяет воздействовать на определённую комбинацию состояний всех трёх кубитов, выполняя так называемую операцию CCZ (Controlled-Controlled-Z). Она изменяет фазу одного из восьми возможных сочетаний состояний кубитов. Подобные операции используются в квантовых алгоритмах, а также при создании систем коррекции ошибок, необходимых для повышения надёжности вычислений, а ещё для факторизации больших чисел, что потенциально грозит криптовалюте и шифрам.
«Мы экспериментально реализовали трёхкубитный гейт CCZ напрямую, а не каскадом одно- и двухкубитных операций. При этом управление остаётся таким же простым, как и для стандартных двухкубитных вентилей: достаточно одного микроволнового импульса длительностью 65 нс, который калибруется с помощью традиционных методов — осцилляций Раби и Рамзи, позволяющих отслеживать изменения состояния кубитов под воздействием микроволнового сигнала», — рассказал научный сотрудник лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС и группы «Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы» РКЦ Григорий Мажорин.
Источник изображения: МИСИС
При традиционном подходе для достижения сопоставимой точности итоговой операции отдельные двухкубитные вентили должны работать с точностью около 99,94% каждый, что сегодня возможно лишь на ограниченном числе самых современных и сложных квантовых вычислителей. Российская разработка позволяет выполнять ту же операцию с точностью 99,39% за один присест на более простом и менее требовательном оборудовании.
«Разработанная архитектура может стать основой для масштабирования сверхпроводниковых квантовых процессоров. По оценке учёных, созданный модуль можно интегрировать в двумерную схему, сохранив механизмы подавления нежелательных взаимодействий между её элементами», — резюмируют разработчики.
© 3DNews
