Международная группа учёных из России, Великобритании и Германии создала альтернативную конструкцию сверхпроводникового кубита — основы квантовых компьютеров.

Напомним, что квантовые вычислительные системы оперируют квантовыми битами, или кубитами. Они могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы. Поэтому с ростом количества использующихся кубитов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. А это обеспечивает колоссальную производительность при решении задач определённых типов.

Как теперь сообщается, исследователям удалось создать принципиально новый кубит, основанный не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нано-проволоке. В работе приняли участие отечественные специалисты из Российского квантового центра, НИТУ «МИСиС», МФТИ и Сколтеха, а также их коллеги из Университета Лондона и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (Великобритания), Университета Карлсруэ и Института фотонных технологий (Германия).

Новый кубит основан на эффекте квантового проскальзывания фазы — контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (около 4 нм) нано-проволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление.

Ожидается, что новое решение по сравнению с «обычными» кубитами обеспечит не меньшую (а, возможно, даже большую) функциональность и при этом будет гораздо более простым в изготовлении. Подробнее об изысканиях учёных можно узнать здесь. 

Компания IBM продолжает двигаться во главе процесса по практической реализации квантовых вычислительных систем. Согласно официальному заявлению компании, в её недрах собран первый в мире прототип 50-кубитного квантового компьютера (процессора). Заявление IBM о первенстве можно оспорить. Летом этого года, например, в Российском квантовом центре представлен 51-кубитный квантовый компьютер, работа всех кубитов которого полностью когерентна (согласована), что важно для целостности полученных в ходе вычисления данных. Но поскольку терминология для квантовых вычислений только-только становится общепринятой на уровне индустриального стандарта, говорить о каждой системе можно только с позиций индивидуальной уникальности. До сравнения платформ дело ещё не дошло.

IBM

Возвращаясь к квантовым платформам IBM, отметим, что коммерческий запуск 50-кубитной системы пока остаётся под вопросом, хотя испытания прототипа показали соответствие полученных характеристик значениям, добытым на действующих коммерческих квантовых компьютерах IBM Q. Иными словами, прототип работает также хорошо, как коммерческие системы IBM Q. Последние представлены 5-кубитным и 16-кубитным компьютерами, удалённый доступ к которым компания открыла в мае 2016 года. Через облачные сервисы IBM и соответствующее программное обеспечение (QISKit) с открытым кодом воспользоваться квантовым компьютером IBM Q могут все желающие. По словам IBM, за это время сервисом воспользовались свыше 60 000 пользователей со всего мира. На системе IBM Q поставлено свыше 1,7 млн экспериментов и выпущено 35 научных работ. Доступ к системе оформили 1500 университетов, 300 школ и 300 частных исследовательских лабораторий.

До конца 2017 года компания введёт в эксплуатацию и сделает доступной 17-кубитную систему и в течение 2018 года доведёт мощность доступной пользователям квантовой вычислительной системы до 20 кубитов. Когерентное время для всех 20 кубитов составит 90 мкс, чего достаточно для надёжного определения квантовых значений. Добавление в систему поддержки каждого нового кубита (квантового бита) в геометрической прогрессии увеличивает производительность квантовых компьютеров (за счёт принципа суперпозиции, когда значение вычисления одновременно принимает состояние 0 и 1), чего нельзя добиться в случае классических вычислений. Считается, что производительность 50-кубитного компьютера уже не по зубам современным классическим суперкомпьютерам. Во всяком случае, с учётом разумного потребления энергии и стоимости работ.

Следует понимать, что квантовые вычисления пока нацелены на решение специфических задач, таких как молекулярная химия, биология и криптография. Это поиск новых лекарств, расшифровка генома и создание новых материалов, хотя криптография обещает оказаться главенствующей в этом списке. Квантовые вычисления обещают в один день сделать ничем современные методы шифрования. Это ставит под удар национальную безопасность всех без исключения государств и представляется веской причиной создавать квантовые вычислительные системы и изобретать новые методы шифрования. Но это уже другая история.