Ученые Лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ МИСИС совместно с коллегами из МФТИ смогли впервые в России реализовать четырехкубитный квантовый процессор и продемонстрировать на нем точности двухкубитных операций CZ более 97%. В эксперименте использовалась разработанная и изготовленная сотрудниками Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ сверхпроводниковая интегральная квантовая микросхема.
Сверхпроводниковые кубиты являются эффективными и перспективными квантовыми объектами для разработки и реализации квантовых компьютеров. На данный момент самыми коммерчески успешными сверхпроводящими кубитами являются трансмоны, которые активно используются в квантовых исследованиях ведущих мировых лабораторий на протяжении последних десяти лет. Ученые лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» Университета МИСИС также активно занимаются исследованием и разработкой процессоров на сверхпроводниковых кубитах.
В настоящем исследовании для проведения операций с трансмонами ученые МФТИ разработали квантовую интегральную микросхему (КИМС), которая содержит пять емкостно шунтированных зарядовых кубитов, один из которых в данном эксперименте не использовался. Кубиты электрически связаны друг с другом и могут как обмениваться энергией, так и управляемо изменять друг у друга фазу суперпозиций состояний |0⟩ и |1⟩.
Первый тип взаимодействия используется в экспериментах по квантовому машинному обучению, а второй удобен для реализации операции CZ — двухкубитной операции контролируемого одним кубитом поворота другого кубита, необходимой для создания квантовой запутанности в схеме. На основании этой операции можно построить различные квантовые алгоритмы.
Для реализации неразрушающего считывания кубитов посредством индивидуальных микроволновых резонаторов исследователи использовали широкополосный джозефсоновский параметрический усилитель, совместно разработанный учеными МФТИ и МИСИС.
Эксперимент был проведен в МФТИ 8 ноября. Реализовать калиброванную операцию CZ с точностью более 97% позволили оборудование, предоставленное учеными Университета науки и технологий МИСИС, и программный код, разработанный ими ранее для демонстрации двухкубитных операций на регистре из двух сверхпроводниковых флаксониевых кубитов.
Демонстрация подобного эксперимента показывает, что уровень развития
технологии и экспериментальной базы, достигнутый при сотрудничестве
ученых МФТИ и МИСИС достаточен для реализации среднемасштабных квантовых
устройств без коррекции ошибок. Следующим этапом совместного проекта
станет разработка и испытания
Источник: НИТУ «МИСиС»
