Au NUST «MISiS», le premier prototype d'un ordinateur quantique en Russie a été lancé. L'appareil sur deux qubits a exécuté l'algorithme quantique de Grover, dépassant la limite de précision précédemment connue de 3%. Les matériaux supraconducteurs ont été pris comme base pour les qubits.
Le cryostat d'un ordinateur quantique assemblé au NUST «MISiS».Les travaux sur la création d'un ordinateur quantique dans le cadre du projet Advanced Research Foundation sont menés au MISiS NITU depuis 2016 sous la direction de Valery Ryazanov, principal associé scientifique du laboratoire supraconducteur des métamatériaux de l'Université. La conception implique l'utilisation de matériaux supraconducteurs comme base pour les qubits.
Qubits (bits quantiques) - la puissance
réelle d'un ordinateur quantique, un analogue des «bits» d'un PC ordinaire, mais beaucoup plus avancé. Si l'ordinateur familier "pense" et compte comme des zéros et des uns, c'est-à-dire que chaque bit d'information peut être encodé soit en "0" soit en "1", alors le qubit a la propriété de la soi-disant superposition, la capacité d'être dans les deux états simultanément. Cela ouvre d'énormes perspectives, car avec de telles ressources informatiques, un ordinateur quantique pourra dépasser les appareils informatiques les plus puissants par ordre de grandeur.
Un ordinateur quantique basé sur des matériaux supraconducteurs est un système plus avancé que les analogues. Par exemple, d'autres équipes scientifiques développent des qubits sur des atomes individuels (qui peuvent être "perdus" en raison d'une taille négligeable) et sur des ions (ils peuvent être construits exclusivement de façon linéaire, ce qui est physiquement gênant). Les qubits créés à NISU MISiS sont en aluminium, ont une taille de 300 microns, ils ne peuvent pas être «perdus», et vous pouvez également construire de manière non linéaire.
Au cours de l'expérience, un ordinateur quantique à deux qubits a résolu l'algorithme de Grover - un algorithme d'énumération pour une fonction. Un ordinateur quantique, grâce au principe de superposition, dans le cas idéal peut trouver la valeur correcte de x pour résoudre ce problème en un seul appel à la fonction f (x) avec une probabilité de 100%.
«L'algorithme à deux qubits de Grover est une étape très importante vers la création d'un ordinateur quantique. Nous ne sommes pas les premiers au monde à démontrer son travail, mais nous parlons ici principalement de réalisations technologiques. Nous avons montré la possibilité de mettre en œuvre tous les éléments nécessaires aux opérations logiques pour un processeur quantique universel: initialisation, opérations à un qubit et à deux qubits et lecture, et avec un niveau d'erreur satisfaisant pour les petits algorithmes », a déclaré
Ilya Besedin, ingénieur au laboratoire des supraconducteurs des métamatériaux, l' un des participants au projet.
La plus grande difficulté à créer un processeur quantique utile réside dans les erreurs. Contrairement aux ordinateurs classiques, qui peuvent fonctionner pendant des années et toujours produire des résultats reproductibles et prévisibles, les ordinateurs quantiques sont affectés par le bruit, ce qui fausse les résultats des calculs. Bien que le processeur à deux qubits créé à NUST «MISiS» soit trop petit pour résoudre les problèmes appliqués, il a réussi à «franchir» le seuil de 50% de probabilité d'une réponse correcte, atteignant 53%.
L'ensemble de l'algorithme consiste à initialiser deux qubits, quatre opérations à un qubit, deux opérations à deux qubit et lire deux qubits; des erreurs qui réduisent la probabilité d'une réponse correcte dans la réponse.
Le cryostat a des brides plaquées or qui se stabilisent à différentes températures lorsqu'il est refroidi. Le plus bas a une température de 0,01 Kelvin = -273,14 degrés Celsius.Une puce pour un ordinateur quantique a été fabriquée au
MSTU. Bauman , et sa conception et le lancement de l'appareil ont déjà été effectués à
NUST «MISiS» , où un ensemble unique d'équipements avec cryostats a été construit dans le laboratoire «Superconducting Metamaterials» qui garantit un fonctionnement à des températures ultra-basses, qui sont proches du zéro absolu.
«Néanmoins, nous avons encore un long chemin à parcourir »,
ajoute Ilya Besedin . -
Plus récemment, l'article de Google, qui n'était pas encore officiellement publié, est entré dans la presse et a réussi à implémenter l'algorithme de «supériorité quantique» sur un processeur quantique supraconducteur à 53 qubits. La tâche de «supériorité quantique» est la tâche la plus favorable pour un ordinateur quantique, ce qui est très difficile à accomplir sur un ordinateur classique. Et si nous devons dépasser la limite "classique" - c'est toujours un résultat fondamental, alors le résultat de Google est déjà plus proche du côté pratique: ils ont pu formuler et résoudre une tâche que leur processeur peut accomplir en quelques minutes, et un supercalculateur puissant a été testé pendant des semaines .
"Et même ainsi, Google n'a pas encore réussi à se rapprocher du fait qu'un ordinateur quantique résout certaines tâches pratiquement utiles plus efficacement qu'un ordinateur classique. Cependant, alors que les prédictions théoriques concernant la supériorité informatique des ordinateurs quantiques sont confirmées par des expériences.
Les prochaines étapes importantes vers la création d'un ordinateur quantique utile sont une démonstration de versions réduites à plusieurs dizaines de qubits d'algorithmes quantiques «utiles» (par exemple, un simulateur d'une réaction chimique ou l'état fondamental d'une molécule) et une démonstration de la correction d'erreur quantique. Exactement pour la correction d'erreur, les qubits supraconducteurs sont les mieux adaptés: ils peuvent être organisés en un réseau bidimensionnel avec des interactions locales et des portes parallèles, ce qui est nécessaire pour le «code de surface» - le plus simple en termes d'exigences et de précision des opérations.
«Nous voulons également aller dans cette direction, mais de mon point de vue dans l'informatique quantique, il est important non seulement« plus », mais aussi« mieux »: les qubits supraconducteurs que nous utilisons maintenant s'avèrent assez chers et donnent beaucoup d'erreurs. Et avant de faire des centaines et des milliers de qubits, à mon avis, cela vaut la peine de travailler sur l’unité la plus élémentaire - le qubit », résume Ilya Besedin .