Di NUST "MISiS" prototipe pertama komputer kuantum di Rusia diluncurkan. Perangkat pada dua qubit melakukan algoritma kuantum Grover, melebihi batas akurasi yang diketahui sebelumnya sebesar 3%. Bahan superkonduktor diambil sebagai dasar untuk qubit.
Cryostat komputer kuantum berkumpul di NUST "MISiS".Pekerjaan penciptaan komputer kuantum dalam kerangka proyek Advanced Research Foundation telah dilakukan di MISiS NITU sejak 2016 di bawah kepemimpinan Valery Ryazanov, kepala asosiasi ilmiah dari Laboratorium Metamaterial superkonduktor Universitas. Desain melibatkan penggunaan bahan superkonduktor sebagai dasar untuk qubit.
Qubits (quantum bits) - kekuatan
sebenarnya dari komputer kuantum, analog dari "bits" dari PC biasa, hanya jauh lebih maju. Jika komputer yang dikenal "berpikir" dan dihitung sebagai nol dan satu, yaitu, setiap bit informasi dapat dikodekan baik sebagai "0" atau sebagai "1", maka qubit memiliki properti yang disebut superposisi, kemampuan untuk berada di kedua negara secara bersamaan. Ini membuka prospek yang sangat besar, karena dengan sumber daya komputasi seperti itu komputer kuantum akan dapat menyalip perangkat komputasi yang paling kuat dengan perintah sebesar itu.
Komputer kuantum yang didasarkan pada bahan superkonduktor adalah sistem yang lebih maju dibandingkan dengan analog. Sebagai contoh, tim ilmiah lain sedang mengembangkan qubit pada atom individu (yang dapat "hilang" karena ukuran yang dapat diabaikan) dan pada ion (mereka dapat dibangun secara eksklusif linier, yang secara fisik tidak nyaman). Qubit yang dibuat di NISU MISiS terbuat dari aluminium, memiliki ukuran 300 mikron, tidak dapat "hilang", dan Anda juga dapat membuat non-linear.
Selama percobaan, komputer kuantum dua qubit memecahkan algoritma Grover - sebuah algoritma enumerasi untuk suatu fungsi. Komputer kuantum, berkat prinsip superposisi, dalam kasus ideal dapat menemukan nilai x yang benar dalam menyelesaikan masalah ini dalam satu panggilan ke fungsi f (x) dengan probabilitas 100%.
“Algoritma dua-qubit Grover adalah langkah yang sangat penting untuk menciptakan komputer kuantum. Kami bukan yang pertama di dunia yang menunjukkan pekerjaannya, tetapi di sini kami berbicara terutama tentang pencapaian teknologi. Kami telah menunjukkan kemungkinan untuk menerapkan semua yang diperlukan untuk operasi logis untuk prosesor kuantum universal: inisialisasi, operasi single-qubit dan dua-qubit, dan membaca, dan dengan tingkat kesalahan memuaskan untuk algoritma kecil , ”kata
Ilya Besedin, seorang insinyur di laboratorium Metamaterial Superconducting, salah satu peserta proyek.
Kesulitan terbesar dalam membuat prosesor kuantum yang berguna adalah kesalahan. Tidak seperti komputer klasik, yang dapat bekerja selama bertahun-tahun dan selalu menghasilkan hasil yang dapat direproduksi dan diprediksi, komputer kuantum dipengaruhi oleh noise, yang mendistorsi hasil perhitungan. Terlepas dari kenyataan bahwa prosesor dua-qubit yang dibuat di NUST "MISiS" terlalu kecil untuk menyelesaikan masalah yang diterapkan, itu berhasil "melewati" ambang batas probabilitas 50% dari jawaban yang benar, mencapai 53%.
Seluruh algoritma terdiri dari inisialisasi dua qubit, empat operasi satu-qubit, dua operasi dua-qubit, dan membaca dua qubit; kesalahan yang salah mengurangi kemungkinan jawaban yang benar dalam jawaban.
Cryostat memiliki flensa berlapis emas yang stabil pada temperatur yang berbeda saat didinginkan. Yang terendah memiliki suhu 0,01 Kelvin = -273,14 derajat Celcius.Chip untuk komputer kuantum dibuat di
MSTU. Bauman , dan desain serta peluncuran perangkatnya sudah dilakukan di
NUST "MISiS" , di mana seperangkat peralatan unik dengan cryostats dibangun di laboratorium "Bahan Superkonduktor Metamaterial" yang memastikan operasi pada suhu ultralow, yang mendekati nol mutlak.
"Namun demikian, kami masih memiliki jalan panjang ,"
tambah Ilya Besedin . -
Baru-baru ini, artikel Google, yang belum dipublikasikan secara resmi, masuk ke media dan berhasil menerapkan algoritma "superioritas kuantum" pada prosesor kuantum superkonduktor 53-qubit. Tugas "keunggulan kuantum" adalah tugas yang paling menguntungkan untuk komputer kuantum, yang sangat sulit untuk diselesaikan di komputer klasik. Dan jika kita harus mengatasi batas "klasik" - ini masih merupakan hasil mendasar, maka hasil Google sudah lebih dekat ke sisi praktis: mereka mampu merumuskan dan menyelesaikan tugas yang dapat diselesaikan prosesor mereka dalam hitungan menit, dan superkomputer yang kuat telah diuji selama berminggu-minggu .
"Meski begitu, Google belum berhasil mendekati kenyataan bahwa komputer kuantum memecahkan beberapa tugas praktis yang lebih efektif daripada tugas klasik. Namun, sementara prediksi teoritis tentang keunggulan komputasi komputer kuantum dikonfirmasi oleh eksperimen.
Langkah-langkah penting berikutnya untuk menciptakan komputer kuantum yang berguna adalah demonstrasi pengurangan ke beberapa puluhan versi qubit dari algoritma kuantum "berguna" (misalnya, simulator reaksi kimia atau keadaan dasar molekul) dan demonstrasi koreksi kesalahan kuantum. Ngomong-ngomong untuk koreksi kesalahan, omong-omong, qubit superkonduktor paling cocok: mereka dapat diatur dalam kisi dua dimensi dengan interaksi lokal dan gerbang paralel, yang diperlukan untuk "kode permukaan" - yang paling sederhana dalam hal persyaratan dan akurasi operasi.
“Kami juga ingin bergerak ke arah ini, tetapi dari sudut pandang saya dalam komputasi kuantum, penting bukan hanya“ lebih ”, tetapi juga“ lebih baik ”: qubit superkonduktor yang kami gunakan sekarang ternyata cukup mahal dan memberikan banyak kesalahan. Dan sebelum melakukan ratusan dan qubit, menurut pendapat saya, ada baiknya mengerjakan unit yang paling dasar - qubit, ”kata Ilya Besedin .