Российский квантовый центр представил первый в стране ионный квантовый компьютер на кусептах. Это семиуровневая квантовая система с информационной емкостью в 72 кубита. В мире лишь несколько научных команд достигли сопоставимого результата.

Процессор построен на основе 26 ионов кальция. Система использует кусепты — семиуровневые кудиты. Они могут принимать значения от 0 до 6. Это первая реализация такой архитектуры в России.

Классические компьютеры работают с битами. Они принимают значение 0 или 1. Квантовые компьютеры оперируют кубитами. Те находятся в двух состояниях одновременно — и 0, и 1.

Квантовые системы масштабируются двумя способами. Первый — увеличение числа кубитов. Второй — наращивание их уровней. Многоуровневые кубиты называют кудитами.

Трехуровневые кудиты — кутриты. Четырехуровневые — кукварты. Семиуровневые — кусепты. Каждый уровень расширяет возможности системы.

Команду возглавил Кирилл Лахманский. Исследователи разработали специализированные лазерные системы и сложную оптическую архитектуру. Также усовершенствовали управляющую электронику и программное обеспечение.

В контрольном эксперименте реализовали однокубитные и двухкубитные операции. Средняя точность однокубитных операций составила 99.92%. Двухкубитных — 96.5%. Это рекордная точность для квантовых систем такого масштаба.

В ближайшее время планируется интеграция поверхностных ионных ловушек. Это обеспечит индивидуальный контроль каждого иона. Точность вычислений дополнительно повысится.

Генеральный директор РКЦ Максим Острась объяснил выбор архитектуры. Развитие квантового компьютера не сводится к механическому наращиванию числа кубитов. Команда должна думать о масштабировании в будущем.

РКЦ показал состоятельность многоуровневого подхода еще в 2021 году. Тогда впервые реализовали систему из двух куквартов. Она была эквивалентна четырем кубитам. За четыре года вычислительная мощность выросла до эквивалента 72 кубитов.

Кирилл Лахманский отметил ключевое преимущество процессора на кусептах. Удобство масштабирования — можно кратно наращивать мощность двумя путями. Увеличивать число уровней кудитов или число ионов.

В начале следующего года команда планирует приступить к реализации алгоритма MaxCut. Это решение фундаментальной задачи комбинаторной оптимизации. Задача важна для логистики, проектирования сетей и статистической физики.

РКЦ в 2018 году первым в мире запустил квантовый блокчейн. В 2021 представил первый отечественный ионный квантовый компьютер на кудитах. Центр занимает лидирующие позиции в области квантовых технологий.