В рамках Международной конференции по квантовым технологиям ICQT-2017, которая проводится под эгидой РКЦ в Москве, профессор Гарвардского университета, сооснователь Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Лукин сообщил, что группа российских и американских ученых, работающих в Гарварде под его руководством, создали и протестировали первый в мире квантовый компьютер, состоящий из 51 кубита – самую сложную вычислительную систему из существующих на сегодня.

Квантовые компьютеры - особые вычислительные устройства, чья мощность растет экспоненциальным образом благодаря использованию законов квантовой механики в их работе, состоят из кубитов – ячеек памяти и одновременно примитивных вычислительных модулей, хранящих в себе спектр значений между нулем и единицей.

Разрабатывают такие устройства классическим или адиабатическим методом. Сторонники первого пытаются создать универсальный квантовый компьютер, кубиты в котором подчинялись бы тем правилам, по которым работают обычные цифровые устройства. Работа с ним похожа на то, как инженеры и программисты управляют компьютерами. Адиабатический компьютер проще создать, но он ближе по принципам своей работы к аналоговым компьютерам начала XX века, а не к традиционным цифровым устройствам.

В 2016 году несколько команд ученых и инженеров из США, Австралии и ряда европейских стран заявляли о том, что они создадут такую машину в ближайшем будущем. Так, команда Джона Мартиниса из Google разработала необычный «гибридный» вариант универсального квантового вычислителя, которые сочетает в себе элементы аналогового и цифрового подхода к расчетам.

Физик Лукин и его коллеги по РКЦ и Гарварду обошли группу Мартиниса, которая сейчас работает над созданием 22-кубитной вычислительной машины, используя не сверхпроводники, как ученые из Google, а экзотические «холодные атомы».

Так, группа Лукина обнаружила, что набор атомов, удерживаемых внутри специальных лазерных «клеток» и охлажденных до сверхнизких температур, можно использовать в качестве кубитов квантового компьютера, сохраняющих стабильность работы при достаточно широком наборе условий. Это позволило физикам создать на сегодня самый большой квантовый вычислитель из 51 кубита.

Используя набор подобных кубитов были решены несколько физических задач, чрезвычайно сложных для моделирования при помощи «классических» суперкомпьютеров. Учёные смогли просчитать то, как ведет себя большое облако частиц, связанных между собой, и обнаружить ранее неизвестные эффекты, возникающие внутри него. Оказалось, что при затухании возбуждения в системе могут остаться и удерживаться фактически бесконечно некоторые типы колебаний, о чем раньше ученые не подозревали.

Для этого был разработан специальный алгоритм, позволяющий провести аналогичные расчеты в очень грубом виде на обычных компьютерах. Результаты в целом совпали, это подтвердило, что 51-кубитная система ученых из Гарварда работает на практике.

Команда ученых намерена продолжить эксперименты с квантовым компьютером. По словам Лукина, они попытаются запустить на нем знаменитый квантовый алгоритм Шора, который позволяет взломать большинство существующих систем шифрования на базе алгоритма RSA. Результаты работы квантового компьютера уже описаны в одном из рецензируемых научных журналов.