Физики провели успешные «сравнительные испытания» трехуровневых квантовых вычислительных устройств на базе ионов и сверхпроводящих контактов и доказали, что они могут успешно моделировать сложные физические процессы и требуют при этом меньшего числа логических элементов, чем квантовые устройства на базе «традиционных» двухуровневых кубитов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A (Q1).
В квантовых вычислительных машинах в роли логических элементов используются кубиты – квантовые биты. Если классические биты могут принимать только одно из двух значений – 0 или 1, то квантовые могут находиться в суперпозиции нескольких состояний, каждое из которых при измерении кубита реализуется с заданной вероятностью. Это свойство кубитов дает квантовым машинам способность решать многие задачи, практически недоступные для самых мощных классических компьютеров, например, разложение на множители больших чисел – факторизация.
Обычно в квантовых компьютерах используют двухуровневые кубиты, которые могут быть в суперпозиции двух состояний, однако существуют и многоуровневые кубиты – их называют кудитами, в которых может кодироваться три (это кутриты) или больше состояний. Их возможности и проверили авторы исследования.
«Использование кутритов позволяет не только более плотно кодировать квантовую информацию, но и решать некоторые задачи более эффективно, используя меньше ресурсов. Именно это свойство мы и продемонстрировали в нашем эксперименте. Мы экспериментально показали, что динамику простейшей PT-симметричной системы можно посчитать, используя всего один кутрит, в то время как кубитов в этом случае понадобилось бы больше», – говорит ведущий автор исследования, директор Физического института им П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Николай Колачевский.
Кубиты могут создаваться на базе разных объектов – на основе ионов, холодных атомов, дефектов в кристаллических решетках алмазов, сверхпроводящих контактов, которые играют роль логических элементов, на которых можно запускать алгоритмы вычислений. ФИАН с 2020 года разрабатывает квантовые устройства на базе ионов иттербия. Одно из этих устройств и второе – на основе сверхпроводящих контактов Джозефсона (трансмонов) – были использованы в эксперименте.
Авторы статьи, физики из ФИАН, МФТИ, Российского квантового центра и МИСИС с помощью обоих устройств смоделировали процесс нарушения пространственно-временной симметрии в физической системе. Симметрия – одно из основополагающих свойств физического мира, многие из физических законов остаются верными в «зеркальном мире», если мы, например, поменяем у всех частиц заряды на обратные, зеркально изменим их расположение в пространстве или запустим время в обратную сторону. Однако экспериментаторы обнаружили процессы, нарушающие симметрию, в частности, именно одно из таких нарушений лежит в основе механизма Хиггса, обеспечивающего массу элементарных частиц.
Физики моделировали систему с PT-симметрией, симметрией пространства и времени, где два уровня кутрита «работали» как сама система, а третий симулировал внешнюю для нее среду.
«В результате эксперимента оба вычислителя показали очень близкие результаты, имеющие хорошее совпадение с теоретической моделью. Так мы продемонстрировали преимущества цифрового подхода в квантовых вычислениях. Используемые нами вычислители – ионный и сверхпроводниковый – устроены совершенно по-разному. Но каждый из них поддерживает свой набор команд, как и обычный процессор в наших компьютерах. Мы можем превратить любую задачу в последовательность понятных каждому из имеющихся вычислителей команд», – объясняет Илья Заливако, научный сотрудник лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН.
По словам ученых, они рассчитывают, используя преимущества кудитных систем над кубитными, продемонстрировать работу ряда алгоритмов, где наличие дополнительных уровней существенно сокращает требуемые для вычислений ресурсы. Например, в приложении к алгоритму Гровера, помогающему искать по неупорядоченным базам данных или вычислять обратные функции.
Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
Источник фото: ФИАН Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
Рекомендуем посетить:
Десятилетие науки и технологий
Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
Русское географическое общество
Федеральный портал "Российское образование"
Электронный банк заданий для оценки функциональной грамотности
Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов
Навигатор для современных родителей "Растим детей"
Проект "Школа Минпросвещения России"
Российская общественная инициатива
Образовательный центр «Сириус»
Уважаемые коллеги!
В рамках подготовки обращений в Министерство науки и высшего образования Российской Федерации принимаем предложения по внесению дополнений и изменений в федеральные программы:
Федеральную научно-техническую программу развития генетических технологий на 2019-2030 годы, утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации от 22 апреля 2019 года № 479, Федеральную научно-техническую программу развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на период до 2030 года и дальнейшую перспективу, утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации от 16 марта 2020 года №287.
Предложения принимаются на электронную почту sci-idea@mail.ru
АКТУАЛЬНО
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Экономический факультет приглашает принять участие в VII Международной научно-практической конференции «ТЕНДЕНЦИИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ В XXI ВЕКЕ».
Срок проведения – 28 февраля 2025 г.
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЛОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра романского языкознания приглашает ученых, преподавателей вузов, учителей, докторантов, аспирантов, магистрантов принять участие в работе Международной научной конференции «Романия: языковое и культурное наследие-2025», посвященной 85-летнему юбилею филологического факультета БГУ 20-21 мая 2025 г.
ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.М. МАШЕРОВА
Дата проведения: 28 февраля 2025 г.
XIII Международная научно-практическая конференция «Молодость. Интеллект. Инициатива»
Дата проведения: 25 апреля 2025 г.
VIII Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы источниковедения»
Дата проведения: 24-26 апреля 2025 г.
Дата проведения: 16-17 мая 2025 г.
Дата проведения: 19-20 мая 2025 г.
Минпросвещения России обновило федеральный перечень учебников.
Целевое обучение в организациях высшего образования
Молодые ученые (достижения и поддержка)
Федеральный институт педагогических измерений:
видеоконсультации разработчиков КИМ ЕГЭ
Обучающие мероприятия для родителей
Единая информационная система проведения конкурсов на замещение должностей научных работников
Портал госслужбы (вакансии и кадровый резерв в федеральных и региональных органах власти)
Обсуждение проектов нормативных правовых актов в сфере образования и науки
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН от 29 декабря 2012 года № 273-ФЗ
"Об образовании в Российской Федерации"
Комментарий к Федеральному закону "Об образовании в Российской Федерации"
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН от 23 августа 1996 года № 127-ФЗ
"О науке и государственной научно-технической политике"
УКАЗ ПРЕЗИДЕНТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 28 февраля 2024 года № 145
"О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации"
ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 29 марта 2019 года № 377
ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 26 декабря 2017 года № 1642
"Об утверждении государственной программы Российской Федерации "Развитие образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 12 сентября 2013 года № 1060 (признается утратившим силу с 1 сентября 2026 года)
"Об утверждении перечней специальностей и направлений подготовки высшего образования, применяемых при реализации образовательных программ высшего образования, содержащих сведения, составляющие государственную тайну или служебную информацию ограниченного распространения"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 24 февраля 2021 года № 118
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 1 февраля 2022 года № 89 (вступает в силу с 1 сентября 2026 года)
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
от 29 октября 2013 года № 1199
"Об утверждении перечней профессий и специальностей среднего профессионального образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 17 мая 2022 года № 336
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 18 мая 2023 года № 370
"Об утверждении федеральной образовательной программы основного общего образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 18 мая 2023 года № 372
"Об утверждении федеральной образовательной программы начального общего образования"
ПРИКАЗ МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 18 мая 2023 года № 371
"Об утверждении федеральной образовательной программы среднего общего образования"
ОТЧЕТЫ. ДОКЛАДЫ. СТАТИСТИКА
Российский статистический ежегодник. 2023
Статистические сборники Высшей школы экономики
Наука. Технологии. Инновации. 2024
Индикаторы инновационной деятельности. 2024