No NUST “MISiS”, foi lançado o primeiro protótipo de um computador quântico na Rússia. O dispositivo em dois qubits executou o algoritmo quântico de Grover, excedendo o limite de precisão anteriormente conhecido em 3%. Materiais supercondutores foram tomados como base para os qubits.
O criostato de um computador quântico montado no NUST "MISiS".O trabalho na criação de um computador quântico no âmbito do projeto Advanced Research Foundation foi realizado no MISiS NITU desde 2016, sob a liderança de Valery Ryazanov, a principal associada científica do Laboratório de Metamateriais Supercondutores da Universidade. O projeto envolve o uso de materiais supercondutores como base para qubits.
Qubits (bits quânticos) - o poder
real de um computador quântico, um análogo dos "bits" de um PC convencional, apenas muito mais avançado. Se o computador familiar "pensa" e conta como zeros e uns, ou seja, cada bit de informação pode ser codificado como "0" ou "1", então o qubit possui a propriedade da chamada superposição, a capacidade de estar em ambos os estados simultaneamente. Isso abre enormes perspectivas, porque, com esses recursos de computação, um computador quântico será capaz de ultrapassar os mais poderosos dispositivos de computação por ordens de magnitude.
Um computador quântico baseado em materiais supercondutores é um sistema mais avançado comparado aos análogos. Por exemplo, outras equipes científicas estão desenvolvendo qubits em átomos individuais (que podem ser "perdidos" devido a um tamanho insignificante) e em íons (eles podem ser construídos de forma exclusivamente linear, o que é fisicamente inconveniente). Os qubits criados no NISU MISiS são feitos de alumínio, têm um tamanho de 300 mícrons, não podem ser "perdidos" e você também pode construir de forma não linear.
Durante o experimento, um computador quântico de dois qubit resolveu o algoritmo de Grover - um algoritmo de enumeração para uma função. Um computador quântico, graças ao princípio de superposição, no caso ideal, pode encontrar o valor correto de x na solução desse problema em uma chamada para a função f (x) com uma probabilidade de 100%.
"O algoritmo de dois qubit de Grover é um passo muito importante para a criação de um computador quântico. Não somos os primeiros do mundo a demonstrar seu trabalho, mas aqui estamos falando principalmente de conquistas tecnológicas. Mostramos a possibilidade de implementar todas as operações lógicas necessárias para um processador quântico universal: inicialização, operações de um e dois bits e leitura e com um nível de erro satisfatório para pequenos algoritmos ”, disse
Ilya Besedin, engenheira do laboratório de Metamateriais Supercondutores, um dos participantes do projeto.
A maior dificuldade na criação de um processador quântico útil são os erros. Ao contrário dos computadores clássicos, que podem trabalhar por anos e sempre produzir resultados reproduzíveis e previsíveis, os computadores quânticos são afetados pelo ruído, o que distorce os resultados do cálculo. Apesar de o processador de dois qubit criado no NUST “MISiS” ser pequeno demais para resolver problemas aplicados, ele “cruzou” com sucesso o limiar de 50% de probabilidade de uma resposta correta, chegando a 53%.
Todo o algoritmo consiste em inicializar dois qubits, quatro operações de um qubit, duas operações de dois qubit e ler dois qubits; erros em qualquer um dos quais reduz a probabilidade de uma resposta correta na resposta.
O criostato possui flanges banhadas a ouro que se estabilizam em diferentes temperaturas quando resfriadas. O menor tem uma temperatura de 0,01 Kelvin = -273,14 graus Celsius.Um chip para um computador quântico foi feito no
MSTU. Bauman , e seu design e lançamento do dispositivo já foram realizados no
NUST "MISiS" , onde um conjunto exclusivo de equipamentos com criostatos foi construído no laboratório "Metamateriais supercondutores" que garante a operação em temperaturas muito baixas, próximas ao zero absoluto.
"No entanto, ainda temos um longo caminho a percorrer ",
acrescenta Ilya Besedin . -
Mais recentemente, um artigo do Google, que ainda não foi publicado oficialmente, chegou à imprensa, que conseguiu implementar o algoritmo de "superioridade quântica" em um processador quântico supercondutor de 53 qubit. A tarefa de "superioridade quântica" é a tarefa mais favorável para um computador quântico, o que é muito difícil de realizar em um computador clássico. E se tivermos que superar o limite "clássico" - esse ainda é um resultado fundamental, o resultado do Google já está mais próximo do lado prático: eles foram capazes de formular e resolver uma tarefa que seu processador pode concluir em minutos, e um supercomputador poderoso foi testado por semanas .
"E, mesmo assim, o Google ainda não conseguiu se aproximar do fato de que um computador quântico resolve algumas tarefas praticamente úteis com mais eficiência do que as clássicas. No entanto, enquanto as previsões teóricas sobre a superioridade computacional dos computadores quânticos são confirmadas por experimentos.
Os próximos passos importantes para a criação de um computador quântico útil são uma demonstração de versões reduzidas a várias dezenas de qubits de algoritmos quânticos "úteis" (por exemplo, um simulador de uma reação química ou o estado fundamental de uma molécula) e uma demonstração da correção quântica de erros. Isso é precisamente para correção de erros, a propósito, os qubits supercondutores são mais adequados: eles podem ser organizados em uma rede bidimensional com interações locais e portas paralelas, o que é necessário para o "código de superfície" - o mais simples do ponto de vista dos requisitos e da precisão das operações.
“Também queremos seguir nessa direção, mas, do meu ponto de vista na computação quântica, é importante não apenas“ mais ”, mas também“ melhor ”: os qubits supercondutores que usamos agora se mostram bastante caros e cometem muitos erros. E antes de fazer centenas e milhares de qubits, na minha opinião, vale a pena trabalhar na unidade mais básica - qubit ”, resume Ilya Besedin .