Ведущие российские ученые из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) объявили об успешном завершении испытаний первого отечественного 50-кубитного квантового компьютера, реализованного на платформе холодных ионов. Это достижение укрепляет позиции России на передовой мировой квантовой арене и открывает новые горизонты для прорывных технологий в отечественной науке и промышленности. Разработкой руководили специалисты при поддержке Госкорпорации «Росатом» и под личным научным кураторством академика РАН Николая Колачевского и ведущего исследователя Ильи Заливако.
Прорыв в квантовых технологиях: амбициозная задача выполнена
Инициатива «Квантовые вычисления», запущенная под эгидой Росатома в 2020 году, стала катализатором для создания уникального отечественного компьютера мирового уровня. Исходными условиями был практически полный ноль: ученым ФИАН требовалось построить всю технологическую цепочку с самого основания. Однако результат не только оправдал, но и превзошел ожидания – создана платформа, уверенно догоняющая лидеров индустрии и по ряду критериев превосходящая существующие аналоги.
Основы работы: холодные ионы и лазерные манипуляции
Квантовый компьютер ФИАН основан на цепочке из 25 ионов иттербия (¹⁷¹Yb⁺), помещенных в электромагнитную ловушку и охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю. Для управления кубитами применяются точные лазерные импульсы, которые формируют сложные последовательности квантовых операций. Благодаря такому подходу удается добиться высокой стабильности системы и гибкости в реализации различных квантовых алгоритмов.
На данный момент квантовые ионные компьютеры с числом кубитов до 50 считаются наилучшими по стабильности и точности. Одна из основных технологических сложностей – синхронизировать эффективное взаимодействие между кубитами и увеличить их количество, не потеряв ни в качестве, ни в скорости вычислений. Как отмечает Илья Заливако, ключевыми критериями для оценки выступили точность однокубитных и двухкубитных операций, а также время когерентности и согласованности работы всей квантовой системы.
Инновация отечественной платформы: кудиты и кукварты
Яркой чертой российской разработки стал акцент на кудиты и так называемые кукварты – вычислительные единицы, способные находиться не только в двух (как классические кубиты), а, например, сразу в четырех состояниях. Это позволяет расширить объем хранимых и обрабатываемых данных, прибавляя вычислительной мощности устройству при меньших физических затратах.
Специфика работы с кудитами требует решения ряда сложных проблем, включая их защиту от декогеренции – разрушения квантового состояния из-за внешних шумов. Команда ФИАН предложила собственные принципы повышения устойчивости, включая усовершенствованные методы лазерного охлаждения и комплексные фильтрационные решения против шумов. Эти изобретения стали новым вкладом в мировую квантовую повестку.
Реальные вычисления: от молекулярного моделирования до распознавания рукописных цифр
Помимо тестирования на синтетических алгоритмах, ученые ФИАН уже на раннем этапе внедрили реальные практические задачи. Компьютер успешно реализовал алгоритм Гровера для поиска по неструктурированной базе данных — одна из классических демонстраций квантового превосходства над классической логикой. Применялись квантовые методы для расчета электронной структуры молекул и симуляции моделирования динамических процессов.
Особого внимания заслуживает применение отечественного ионного процессора для обучения нейросети, распознающей рукописные изображения цифр. Такой подход открывает быстрорастущий спектр реальных приложений – от анализа новых молекул и быстрого поиска лекарственных соединений до идентификации лиц и генетической экспертизы. Все это подтверждает серьезный потенциал созданной платформы не только как исследовательского станка, но и как основы будущих прикладных сервисов.
Видение и развитие: слова лидеров ФИАН
Академик Николай Колачевский, руководитель ФИАН, отмечает: созданный квантовый компьютер стал эффективной экспериментальной платформой, в равной мере подходящей как для фундаментальных исследований, так и для практического применения. Сейчас ключевыми направлениями развития остаются улучшение точности квантовых операций, увеличение времени когерентности и внедрение новых методов работы с кудитами. Не менее важен переход к массовому выпуску подобных устройств – для этого ведется работа над сокращением размеров компьютера, автоматизацией процессов, обеспечением безотказной работы без необходимости регулярного технического обслуживания.
Среди важных перспективных задач – выход на уровень коммерческих квантовых машин, которые будут доступны для различных отраслей промышленности, науки, медицины и образования. Это станет итогом следующего этапа реализации квантовой дорожной карты России, а отечественные решения могут выйти на мировой рынок серийных вычислительных комплексов.
Будущее квантовых технологий в России – уже наступает
Внедрение квантовых вычислений в Москве и в целом по стране только начинается, но успех первой национальной платформы демонстрирует: Россия уверенно вошла в элиту разработчиков передовых вычислительных систем. Развитие идёт в устойчиво позитивном ключе – государство способствует прорыву, а отечественные специалисты доказывают, что способны не только догонять, но и задавать тенденции мирового квантового прогресса. Команда ФИАН вместе с Росатомом открывает перед Россией широкие перспективы квантового будущего, где инновации становятся фундаментом для обеспечения технологической независимости и безопасности.
