Кукварт — кубит, способный одновременно находиться не в двух, а в четырёх состояниях

Специалистами Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН создан прототип квантового компьютера на ионах. Учёным удалось построить систему из четырёх кубитов, не наращивая число ионов, а за счёт оригинальной технологии масштабирования квантовых процессоров с помощью многоуровневых носителей информации — кудитов.

Как известно, в обычных компьютерах минимальной единицей информации является бит, способный принимать значение «ноль» или «единица». В то же время в квантовых компьютерах в таком качестве выступает квантовый бит (кубит), способный находиться в обоих состояниях одновременно. Поскольку кубиты можно связывать друг с другом, количество состояний, которые может принять квантовый процессор, быстро растёт. В результате появляется возможность решать сложные вычислительные задачи качественно быстрее, чем с применением классических компьютеров.

Наряду с кубитами существуют их расширенные версии — кудиты. Кудит, способный одновременно находиться в трёх состояниях, называется кутрит, а кудит, способный одновременно находиться в четырёх состояниях, — кукварт. Прототип, созданный российскими учеными, состоял из двух куквартов, что полностью эквивалентно четырём кубитам.

Исследователи захватили в вакуумной камере два иона. Далее они с помощью лазера выполнили набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию двух частиц (Мёльмера-Соренсона). Эксперимент показал, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами. Как утверждается, это позволит в будущем обеспечить более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.

«Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития», — подчеркнул Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации "Росатом"».