В
рамках Квантового проекта, который реализуется под руководством госкорпорации
«Росатом», впервые в стране продемонстрированы кубитные операции на планарных
ионных ловушках. Тем самым в ходе реализации российской дорожной карты развития
квантовых вычислений обеспечен переход к планарной технологии развития
квантовых вычислителей на ионной платформе (современная технология, которая
используется в квантовых вычислениях для удержания и контроля ионов; именно с
ней связано увеличение размерности ионных квантовых компьютеров до уровня,
необходимого для практического применения квантовых технологий).
Результат показан сразу двумя научными группами Квантового проекта – группой Физического института Российской академии наук под руководством Ильи Семерикова и группой Квантового центра под руководством Кирилла Лахманского. В Физическом институте был продемонстрирован захват в планарные ловушки ионов иттербия-171, их перемещение вдоль чипа, однокубитные операции. Также было произведено измерение одной из наиболее значимых характеристик таких чип-устройств – скорости нагрева ионов. В Квантовом центре работа велась с ионами кальция: был продемонстрирован захват частиц, перемещение ионов и однокубитные операции.
«На сегодняшний день у меня нет сомнений, что дальнейшее развитие ионных квантовых компьютеров связано с переходом к планарным технологиям. Это открывает огромное число путей к совершенствованию платформы: более точные и параллельные операции, больше кубитов, интегрированная фотоника, операции в пределах близких полей. Более того, планарные ловушки являются гораздо более технологичными. Поэтому данный результат очень важен как с научной, так и с практической точек зрения», – рассказал ученый Квантового проекта, старший научный сотрудник Физического института Илья Заливако.
«Переход к планарной технологии является принципиально важным для обеспечения качественно нового уровня нашей работы, без которого невозможно создание сильных квантовых вычислителей. Это только первый шаг: мы планируем развивать эту технологию для того, чтобы войти в гонку за квантовые вычисления на основе планарных технологий и на горизонте до 2030 года достичь уровня лидерских мировых квантовых проектов», – прокомментировал научный результат ученый Квантового проекта, руководитель научной группы Квантового центра Кирилл Лахманский.
Планарные
ловушки — это тип электромагнитных ловушек, в которых электроды,
генерирующие радиочастотные и постоянные электрические удерживающие поля,
располагаются на плоскости (чипе). Они используются в квантовых вычислениях для
удержания и контроля ионов. Преимущество планарных ловушек состоит в
способности удерживать больше кубитов (более 100), возможности интегрировать
оптические элементы для манипулирования и считывания кубитов, возможности
создания зон с заданными свойствами для улучшения качества операций независимо
от количества кубитов в регистре.
В
практическом разрезе овладение планарной технологией означает качественный шаг
в продвижении к промышленным ионным квантовым вычислителям, способным решать
полезные индустриальные задачи, и приближает перспективу внедрения квантовых
вычислений в решение производственных задач различных отраслей промышленности.
Научное значение полученного результата состоит в том, что планарные ловушки
позволяют перейти от работы с единой цепочкой ионов к более сложным
конфигурациям из нескольких небольших массивов, ионы между которыми можно
перемещать. Это позволяет при увеличении количества кубитов избежать усложнения
колебательных спектров, индивидуальной адресации и открывает огромное
пространство возможностей для развития ионной платформы.
Госкорпорация «Росатом» – глобальный технологический многопрофильный холдинг, объединяющий активы в энергетике, машиностроении, строительстве. Включает в себя около 600 предприятий и организаций, в которых работает около 415 тыс. человек. С 2020 года «Росатом» отвечает за реализацию дорожной карты (ДК) по развитию высокотехнологичной области «Квантовые вычисления». Работа в данном направлении является основой Квантового проекта «Росатома», экосистема которого объединяет 19 научных институтов и университетов, включая более 750 исследователей и инженеров. Важной задачей первого этапа Квантового проекта стало создание российского квантового компьютера: разработаны прототипы четырех вычислителей на ионах, атомах, фотонах и сверхпроводниках – по этому показателю страна вошла в первую тройку лидеров. На сегодняшний день Россия обладает семью квантовыми процессорами, пять из них созданы в рамках ДК. Три квантовых вычислителя достигли размерности 70 и более кубитов. Реализация ДК на 2025-2030 гг. нацелена на достижение качественных эффектов развития квантовых технологий в России и овладение практикой применения квантовых технологий, в первую очередь, в российской атомной отрасли, в которой реализуется более 30 пилотных проектов. С 2026 года «Росатом» включился в исследования и разработки в области квантовых сенсоров.
