В НОЦ "Функциональные Микро/Наносистемы" МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» изготовлен пятикубитный квантовый симулятор, с применением которого совместно с учеными МФТИ, МИСиС и РКЦ показано эффективное решение физической задачи. Квантовый чип многократно ускорил получение результата, на обработку математической модели которого 138-ядерный вычислительный кластер потратил около семи суток. Симулятор продемонстрировал свою эффективность для решения специфических задач в физике и других областях. Результаты проведенной работы представлены в издании Physical Review Letters.
Квантовый симулятор решил физическую задачу просчета поведения фотонов в модели Бозе-Хаббарда, максимально использующую внутренние возможности квантовой системы. Для этого к линейному волноводу последовательно подсоединили пять сверхпроводящих кубитов со значительно пониженной чувствительностью к зарядовому шуму. Возможность создания многокубитной квантовой системы обеспечила уникальная технология, разработанная командой НОЦ ФМН.
Модель Бозе-Хаббарда может применяться для описания множества процессов в квантовом мире, в том числе и тех, которые происходят в квантовых вычислителях. По этой причине ее экспериментальная проверка постоянно привлекает внимание ученых, но осложняется экспоненциальным ростом объема вычислений по мере увеличения числа взаимодействующих объектов. В ходе эксперимента работа кубитов была настроена таким образом, чтобы они имитировали поведение фотонов или других бозонов согласно просчитываемой физической модели. Фактически методом простого наблюдения (прямой спектроскопии) стало возможным определить и просчитать поведение большого числа частиц за относительно короткое время.
Полученные в ходе опыта данные позднее были полностью подтверждены расчётами на мощном компьютерном кластере. При этом если симулятору понадобилось всего два часа для получения результата, то суперкомпьютер выдал данные спустя лишь семь дней непрерывных расчётов.
Представленная и испытанная российскими учеными система квантового симулятора решает задачи для разработки новых сверхпроводящих материалов квантовых вычислительных систем. Более того, квантовый симулятор может стать первым шагом к созданию универсального вычислительного устройства.
«Нет более ценного момента для инженера, чем видеть, как созданное тобой устройство начинает работать и давать результат. Тем более, когда речь идет о технологиях создания многокубитных квантовых процессоров. Для изготовления пятикубитного квантового симулятора нам понадобилось несколько лет активной исследовательской работы, ведь процесс его изготовления – это более 100 технологических операций. Вместе с коллегами мы решили одну из множества физических задач, которые ставят перед нами квантовые технологии, а значит, работаем дальше!» – отметила Алина Доброносова, ведущий инженер НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы.Источник: МГТУ им. Н.Э. Баумана
