Участники отечественного Квантового проекта в рамках выполнения дорожной карты развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления» смогли продемонстрировать обобщенный гейт Тоффоли (многокубитную логическую операцию) на 10 ионах. На сегодня это самый большой подобный гейт, зафиксированный в мировой научной литературе, подчеркнули в пресс-службе группы научных коммуникаций ФИАН.

Работу провели научные группы Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) под руководством директора ФИАН академика РАН Николая Колачевского и научного руководителя группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра (РКЦ) Алексея Фёдорова.

Предложенные подходы позволят решать задачи, ранее недоступные для квантовых компьютеров. Благодаря разработке существенно возрастет точность квантовых вычислений в ходе решения практических задач, включая задачи оптимизации, логистики, моделирования молекул. Повышение точности экспериментально продемонстрировано на примере задачи поиска по неупорядоченной базе данных.

В ходе эксперимента также показано, что использование кудитов позволяет реализовать многокубитные операции, недоступные ввиду их большой ресурсозатратности для выполнения на основе ранее известных подходов. При этом данный метод может быть применён не только для ионных квантовых компьютеров, но также для вычислителей на других платформах.

«Приоритетом дорожной карты до 2030 года является достижение практической применимости квантовых вычислений. Для этого требуется совершенствование 50-кубитного квантового компьютера на ионах иттербия. Научные группы нашего института концентрируют усилия на увеличении его мощности и достижении качества операций, которое позволит реализовывать сложные квантовые алгоритмы для практических расчетов. Показанный учёными мировой рекорд является важным результатом в данном направлении», — отметил директор ФИАН, научный руководитель дорожной карты по квантовым вычислениям академик РАН Николай Колачевский.

Достоверность реализации многокубитного гейта Тоффоли на N кубитах и N кудитах, N<= 10

Квантовый алгоритм — это программное обеспечение для квантовых вычислителей, которое задаёт последовательность вычислительных операций с носителями квантовой информации (кубитами или кудитами) для решения той или иной задачи.

«Мы создали самые большие запутанные кудитные состояния, что является необходимым шагом для выполнения действительно сложных и полезных практических вычислительных задач. Важно отметить, что при огромном потенциале применения кудитов для их использования в нашем решении не требуется существенного усложнения экспериментальной установки», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории «Распределённые квантовые технологии для задач машинного обучения» ФИАН и ведущий научный сотрудник группы «Прецизионные квантовые измерения» РКЦ Илья Заливако.

Как рассказала Анастасия Николаева, старший научный сотрудник группы квантовых информационных технологий РКЦ и младший научный сотрудник лаборатории «Распределённые квантовые технологии для задач машинного обучения» ФИАН: «Мы экспериментально показали, что использование кудитов позволяет реализовать многокубитные операции, слишком ресурсозатратные для реализации на основе ранее известных подходов. Примечательно, что предложенный нами метод может быть применён для разных типов квантовых компьютеров, а не только для ионных».

Результат исследования опубликован в журнале Physical Review Letters.