Российские ученые запатентовали новую архитектуру квантового процессора

Группа ученых из Российского квантового центра получила патент на физическую реализацию квантового компьютера на основе кудитов — квантовых систем, способных одновременно находиться в более чем двух состояниях. Действие документа распространяется на территорию Российской Федерации до конца 2040 года. В ближайшее время исследователи также планируют подать заявку на международную регистрацию.

Квантовые вычислительные устройства используют такие явления квантовой физики как запутанность и суперпозиция, что позволяет квантовым битам (кубитам) находиться в двух состояниях — и 0, и 1 — одновременно, тем самым решая задачи, недоступные классическим компьютерам и суперкомпьютерам. Однако в физике существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные принимать более двух состояний: 0, 1, 2, и другие.

Исследования в области использования кудитов для квантовых вычислений ведутся группой ученых из Российского квантового центра последние несколько лет. Получение патента позволит команде в перспективе подтвердить значимость отечественных разработок на мировом уровне и закрепить исключительное право на архитектуру созданного процессора. Ее особенность заключается в комбинации двух подходов к увеличению мощности квантового компьютера.

Первый подход предполагает замену кубитов эквивалентным количеством кудитов, второй — использование дополнительных уровней кудитов вместо отдельных вспомогательных кубитов (анцилл) для выполнения промежуточных вычислений. Патент защищает оптимальный способ сочетания подходов, предложенный учеными.

В мире над развитием кудитных квантовых процессоров работают только четыре команды. Американская Riggeti Computing использует кудиты на сверхпроводниках, ученые из Пекинского университета — на фотонах, австрийский стартап AQT и исследователи из Российского квантового центра — на ионах. В России работа по созданию кудитного квантового компьютера на ионах реализуется в рамках проекта Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) при поддержке Российской венчурной компании.

«Использование кубитов для квантовых вычислений подразумевает некоторую идеализацию. Кудиты — более естественный выбор. Как показали наши исследования, при реализации квантовых алгоритмов кудиты позволяют существенно экономить ресурсы квантовых процессоров, что особенно актуально для текущего поколения устройств», — сообщил Алексей Федоров, соавтор патента, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре.