En NUST "MISiS" se lanzó el primer prototipo de una computadora cuántica en Rusia. El dispositivo en dos qubits realizó el algoritmo cuántico de Grover, excediendo el límite de precisión previamente conocido en un 3%. Se tomaron materiales superconductores como base para los qubits.
El criostato de una computadora cuántica ensamblada en NUST "MISiS".El trabajo en la creación de una computadora cuántica en el marco del proyecto de la Fundación de Investigación Avanzada se ha llevado a cabo en el NISU MISiS desde 2016 bajo el liderazgo de Valery Riazanov, el asociado científico principal del Laboratorio de Metamateriales Superconductores de la Universidad. El diseño implica el uso de materiales superconductores como base para qubits.
Qubits (bits cuánticos): el poder
real de una computadora cuántica, un análogo de los "bits" de una PC normal, solo que mucho más avanzado. Si la computadora familiar "piensa" y cuenta como ceros y unos, es decir, cada bit de información puede codificarse como "0" o como "1", entonces el qubit tiene la propiedad de la llamada superposición, la capacidad de estar en ambos estados simultáneamente. Esto abre enormes perspectivas, porque con tales recursos informáticos, una computadora cuántica podrá superar a los dispositivos informáticos más potentes por órdenes de magnitud.
Una computadora cuántica basada en materiales superconductores es un sistema más avanzado en comparación con los análogos. Por ejemplo, otros equipos de investigación están desarrollando qubits en átomos individuales (que pueden "perderse" debido a un tamaño insignificante) y en iones (pueden construirse exclusivamente linealmente, lo que es físicamente inconveniente). Los qubits creados en NISU MISiS están hechos de aluminio, tienen un tamaño de 300 micras, no se pueden "perder" y también se puede construir de forma no lineal.
Durante el experimento, una computadora cuántica de dos qubits resolvió el algoritmo de Grover, un algoritmo de enumeración para una función. Una computadora cuántica, gracias al principio de superposición, en el caso ideal puede encontrar el valor correcto de x al resolver este problema en una llamada a la función f (x) con una probabilidad del 100%.
"El algoritmo de dos qubits de Grover es un paso muy importante hacia la creación de una computadora cuántica. No somos los primeros en el mundo en demostrar su trabajo, pero aquí estamos hablando principalmente de logros tecnológicos. Hemos demostrado la posibilidad de implementar todo lo necesario para las operaciones lógicas para un procesador cuántico universal: inicialización, operaciones de un solo qubit y dos qubit y lectura, y con un nivel de error satisfactorio para algoritmos pequeños ”, dijo
Ilya Besedin, ingeniero del laboratorio de metamateriales superconductores, uno de los participantes del proyecto.
La mayor dificultad para crear un procesador cuántico útil son los errores. A diferencia de las computadoras clásicas, que pueden funcionar durante años y siempre producen resultados reproducibles y predecibles, las computadoras cuánticas se ven afectadas por el ruido, lo que distorsiona los resultados del cálculo. A pesar de que el procesador de dos qubits creado en NUST "MISiS" es demasiado pequeño para resolver los problemas aplicados, "cruzó" con éxito el umbral del 50% de probabilidad de una respuesta correcta, llegando al 53%.
Todo el algoritmo consiste en inicializar dos qubits, cuatro operaciones de un qubit, dos operaciones de dos qubit y leer dos qubits; errores en cualquiera de los cuales reduce la probabilidad de una respuesta correcta en la respuesta.
El criostato tiene bridas doradas que se estabilizan a diferentes temperaturas cuando se enfría. El más bajo tiene una temperatura de 0.01 Kelvin = -273.14 grados Celsius.Se hizo un chip para una computadora cuántica en
MSTU. Bauman , y su diseño y lanzamiento del dispositivo ya se realizó en
NUST "MISiS" , donde se construyó un conjunto único de equipos con criostatos en el laboratorio "Metamateriales superconductores" que garantiza el funcionamiento a temperaturas ultrabajas, que están cerca del cero absoluto.
"Sin embargo, todavía tenemos un largo camino por recorrer ",
agrega Ilya Besedin . -
Más recientemente, el artículo de Google, que aún no se publicó oficialmente, entró en la prensa y logró implementar el algoritmo de "superioridad cuántica" en un procesador cuántico superconductor de 53 qubits. La tarea de "superioridad cuántica" es la tarea más favorable para una computadora cuántica, que es muy difícil de lograr en una computadora clásica. Y si tenemos que superar el límite "clásico", este sigue siendo un resultado fundamental, entonces el resultado de Google ya está más cerca del lado práctico: pudieron formular y resolver una tarea que su procesador puede completar en minutos, y una poderosa supercomputadora ha sido probada durante semanas " .
Y aun así, Google aún no ha logrado acercarse al hecho de que una computadora cuántica resuelve alguna tarea prácticamente útil de manera más efectiva que una clásica. Sin embargo, mientras que las predicciones teóricas sobre la superioridad computacional de las computadoras cuánticas se confirman mediante experimentos.
Los siguientes pasos importantes para crear una computadora cuántica útil son una demostración de versiones reducidas a varias decenas de qubits de algoritmos cuánticos "útiles" (por ejemplo, un simulador de una reacción química o el estado fundamental de una molécula) y una demostración de corrección de errores cuánticos. Exactamente para la corrección de errores, por cierto, los qubits superconductores son los más adecuados: se pueden organizar en una red bidimensional con interacciones locales y puertas paralelas, lo cual es necesario para el "código de superficie", el más simple en términos de requisitos y precisión de las operaciones.
"También queremos avanzar en esta dirección, pero desde mi punto de vista en la computación cuántica es importante no solo" más ", sino también" mejor ": los qubits superconductores que usamos ahora resultan ser bastante caros y dan muchos errores. Y antes de hacer cientos y miles de qubits, en mi opinión, vale la pena trabajar en la unidad más básica: qubit ", resume Ilya Besedin .