Wykonano trudne zadanie: Rosja testuje pierwszy 50-kubitowy komputer kwantowy

Pierwszy rosyjski 50-kubitowy komputer kwantowy pomyślnie przeszedł testy w Instytucie Fizycznym Lebiediewa Rosyjskiej Akademii Nauk. Pomimo faktu, że twórcy zaczynali praktycznie od zera, pod koniec projektu dogonili zagranicznych liderów branży, a pod pewnymi względami nawet ich prześcignęli. W czym dokładnie i jak, dowiedział się obserwator MK.

Zastanówmy się jeszcze raz, jaka jest zasadnicza różnica między komputerem kwantowym a konwencjonalnym. Jeśli jednostką informacji w komputerze klasycznym jest bit – element, który może być albo „włączony”, albo „wyłączony”, to w urządzeniu kwantowym tę rolę pełni kubit, który może znajdować się w dwóch stanach jednocześnie. Zwiększa to jego moc obliczeniową. Za najbardziej zaawansowaną technologię uważa się dziś technologię tworzenia kubitów na bazie obwodów nadprzewodzących. Rekordzistą w tej klasie jest 433-kubitowy procesor kwantowy Quantum Condor firmy IBM.

Najpotężniejszy rosyjski komputer kwantowy powstał w 2023 roku, a w 2025 roku, dosłownie parę dni temu, pomyślnie przeszedł testy. Owszem, nie ma 433 kubitów, a tylko 50, ale jak się okazało, nawet w przypadku technologii kwantowych, sprawa nie tkwi w ilości...

Jak wyjaśnili eksperci, rosyjski komputer wykorzystuje jony jako kubity – łańcuch 25 jonów iterbu. Są to atomy naładowane, zastąpiły one dotychczas stosowane materiały nadprzewodzące. Technologia kubitów jonowych opiera się na wykorzystaniu pól elektromagnetycznych do wychwytywania pojedynczych jonów w przestrzeni. Cząstki te są zawieszone w swego rodzaju pułapce i pozostają praktycznie nieruchome, co zmniejsza zakłócenia zewnętrzne i pozwala im zachować swój stan kwantowy dłużej niż w innych układach.

Jony są utrzymywane przez lasery i chłodzone do temperatury bliskiej zera absolutnego. W tym stanie kubity są kontrolowane przez impulsy laserowe. Algorytmy kwantowe to sekwencje takich działań.

„Komputery jonowe, liczące do pięćdziesięciu kubitów, są najbardziej zaawansowanymi urządzeniami kwantowymi” – wyjaśnia Ilja Zaliwako, pracownik naukowy Instytutu Fizyki Lebiediewa.

Kolejną innowacją jest zwiększenie niezawodności obliczeń dzięki zmianie architektury klasycznych kubitów. Jak wyjaśnił MK jeden z twórców maszyny cud, Ilja Semerikow, aby zrozumieć, który komputer kwantowy jest lepszy, ważne jest rozważenie kilku parametrów na raz. A liczba jednostek informacyjnych - kubitów - jest tylko jednym z nich. Komputer twórców z FIAN ma ich mniej niż światowi liderzy. Ale tak mała liczba jednostek informacyjnych procentuje wysoką niezawodnością operacji na jednym kubicie i dwóch kubitach.

Jak naukowcy z FIAN osiągnęli tak wysoką jakość? Rzecz w tym, że specjaliści nie poszli utartymi ścieżkami swoich zachodnich kolegów, ale rozwiązali problem w sposób porywający, ale elegancki, wypróbowując nie prosty kubit (dwupoziomowy układ kwantowy), ale od razu czteropoziomowy – quditowy, który jest od 2 do 6 razy wydajniejszy w zależności od zastosowanych algorytmów obliczeniowych.

Architektura qudit jest korzystniejsza dla niektórych algorytmów kwantowych, wyjaśnia instytut. W tym celu opracowali nową metodę ochrony jonów qudit przed zniszczeniem, nowe metody ich chłodzenia, filtrowanie szumu laserowego i szereg innych innowacji.

Co naukowcy obliczyli na swoim komputerze kwantowym podczas próby testowej? Na przykład po raz pierwszy w Rosji użyli procesora jonowego do wdrożenia tzw. algorytmów Grovera, które zakładają czterokrotną prędkość przeszukiwania nieposortowanych, nieuporządkowanych baz danych. Podczas eksperymentu wytrenowali sieć neuronową do sortowania ręcznie pisanych obrazów liczb za pomocą komputera kwantowego.

Ponadto obliczyli strukturę cząsteczek wodorotlenku litu (LiH) i wodoru (H2) oraz symulowali szereg otwartych układów kwantowych, w których użycie kuditów dało znaczący zysk. Generalnie, użyli zadań, które pozwolą na przeprowadzanie rzeczywistych obliczeń kwantowych w przyszłości, na przykład szybkie rozpoznawanie twarzy w tłumie, sprawdzanie DNA i obliczanie dokładnych prognoz pogody.

Teraz o tym, jaki będzie następny krok deweloperów. Opowiedział nam o tym dyrektor Instytutu Fizycznego Lebiediewa, akademik Rosyjskiej Akademii Nauk Nikołaj Kolaczewski:

„Kwantowy komputer opracowany w naszym Instytucie to nie tylko prototyp eksperymentalny. To pełnoprawna platforma do prowadzenia badań i rozwiązywania problemów. Kolejny etap rozwoju systemu wiąże się ze zwiększeniem dokładności operacji i czasu koherencji (utrzymywania pożądanego stanu cząsteczek – przyp. red.). Ponadto kontynuujemy badania nad nowymi podejściami do wykorzystania kuditów, w których jesteśmy jednym ze światowych liderów. Opanowujemy również podejścia do skalowania urządzeń. Aby komputery kwantowe były wygodne w użyciu w przyszłości, muszą być bardziej kompaktowe niż obecnie. Nawiasem mówiąc, w zagranicznych odpowiednikach kwantowych komputerów jonowych od amerykańskiego IonQ, Quantinuum czy brytyjskiego Oxford Ionics, na jon przypada tylko jeden kubit, więc będzie im trudniej skalować takie systemy niż nam, którzy obecnie mamy dwupoziomowy system kwantowy.

Opublikowano w gazecie „Moskowskij Komsomolec” nr 29553 z dnia 2 lipca 2025 r.

Nagłówek w gazecie: Szybciej, lepiej, dokładniej