18 февраля в Российской академии наук очно и в формате видеоконференцсвязи состоялось заседание Научного совета при президиуме РАН «Квантовые технологии» по теме «Квантовые вычисления». Заседание провел председатель Научного совета академик-секретарь Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН, академик РАН Г.Я. Красников. В заседании приняло участие 43 члена Бюро Совета и членов Совета, а также 96 приглашенных ученых и специалистов из 70 организаций и их подразделений. В обсуждении повестки дня участвовало 26 человек.

Во вступительном слове председатель Совета, академик РАН Г.Я. Красников отметил широту спектра физической реализации квантовых вычислений – на ионной, сверхпроводниковой, фотонной платформах, а также на нейтральных и примесных атомах, топологических кубитах и других принципах. Целевые критерии квантовых вычислителей сформулированы Ди Винченцо в 2000 году. С другой стороны, ряд ученых ставит под сомнение принципиальную реализуемость квантового компьютера.

С докладами на Совете выступили:

• к.ф.-м.н. Солнцева Екатерина Борисовна (Госкорпорация «Росатом»). О Дорожных картах «Квантовые вычисления» на периоды до 2024 года и 2025-2030 годов.

• иностранный член РАН, академик НАН Беларуси Килин Сергей Яковлевич (Институт физики НАН Беларуси, Президиум НАН Беларуси). Вычислительные возможности квантовых компьютеров разного масштаба: ограничения и способы преодоления.

• член-корр. РАН Колачевский Николай Николаевич (ФИАН). Квантовые вычисления на ионной платформе.

• д.ф.-м.н. Устинов Алексей Валентинович (Karlsruhe Institute of Technology (ФРГ), НИТУ «МИСиС», РКЦ). Квантовые процессоры на сверхпроводниках.

• д.ф.-м.н. Кулик Сергей Павлович (Центр квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова). Линейно-оптические квантовые вычисления.

• Ph.D. Берлова Наталия Геннадиевна (Кембриджский университет (Великобритания), Сколтех). Вычислительные системы на основе жидкого света.

• к.т.н. Родионов Илья Анатольевич (МГТУ им. Н.Э. Баумана, ФГУП «ВНИИА»). Технологии квантовой ЭКБ на сверхпроводниковой и фотонной платформах.

• к.ф.-м.н. Страупе Станислав Сергеевич (Центр квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова). Одиночные нейтральные атомы в оптических ловушках для задач квантовых вычислений.

• член-корр. РАН Рябцев Игорь Ильич (ИФП СО РАН). Проблемы и перспективы увеличения точности квантовых операций с нейтральными атомами.

• д.ф.-м.н. Дьяконов Михаил Игоревич (Университет Монпелье (Франция), ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН). Когда же у нас будет квантовый компьютер?

• профессор РАН, д.ф.-м.н. Печень Александр Николаевич (МИАН). Пороговые значения точности генерации квантовых операций.

• член-корр. РАН Красильник Захарий Фишелевич (ИФМ РАН - филиал ИПФ РАН). Масштабируемый кубит на основе манипуляции электронным спином в гетероструктурах SiGe.

• к.ф.-м.н. Федоров Алексей Константинович (РКЦ). Кудитный квантовый процессор.

Докладчики представили и обсудили достижения своих организаций по теме заседания.

В ГК «Росатом» ведется работа по оперативной актуализации действующей до 2024 года и разработке в течение текущего года новых дорожных карт, определяющих вектор развития отечественных квантовых вычислений. Продолжается прием заявок на реализацию новых проектов и предложений в обе дорожные карты, обеспечивается доступ к международной консультативной панели для доработки проектов.

Лидирующий исследовательский центр РКЦ – ФИАН – Сколково – ФТИАН им. К.А. Валиева разрабатывает регистр на 2-5 ионных кубитов к 2022 г. и ведет работы в области криогенных систем, сверхпроводящих ловушек, неадиабатических вентилей, фотонных интегральных схем. Силами Центра создается компилятор для квантовых компьютеров и многоуровневая кудитная квантовая система на базе набора кубитов.

Учеными под руководством д.ф.-м.н. А.В. Устинова достигнуты успехи в изменении частот дефектов материалов в туннельных барьерах и на поверхности трансмонов, что позволяет увеличить время когерентности кубитов.

Для производства линейно-оптических фотонных интегральных схем во ФГУП «ВНИИА» и МГТУ им. Н.Э. Баумана разработана литографическая технология, в Центре квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и РХТУ им. Д.И. Менделеева – фемтосекундная лазерная печать. Во ФГУП «ВНИИА» и МГТУ им. Н.Э. Баумана разработаны базовые технологии создания электронной компонентной базы квантовых компьютеров на основе сверхпроводниковых и фотонных интегральных схем, получены трансмоны с временем когерентности более 100 мкс, изготовлен первый российский двухкубитный квантовый процессор и квантовые симуляторы с количеством кубитов до 24.

Под руководством Ph.D. Н.Г. Берловой ведется фундаментальное моделирование когерентных систем на основе поляритонных конденсатов и более широкого класса оптических систем, исследуются общие принципы работы оптических симуляторов. Разработана концепция поляритонных симуляторов, построен поляритонный XY симулятор с реализацией классического гамильтониана XY.

В Центре квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова исследуются квантовая вычислительная система на одиночных нейтральных атомах, обладающая простотой, масштабируемостью до тысяч физических кубитов, большими временами когерентности, высокой по сравнению со сверхпроводящей архитектурой связностью кубитов.

В ИФП СО РАН разработаны теоретические схемы увеличения точности двухкубитных операций с ридберговскими атомами с одиночной и двойной ловушками, начаты эксперименты с добавлением лазеров первой (795 нм) и второй (473 нм) ступеней возбуждения ридберговских состояний, а также с добавлением оптической системы фокусировки лазера второй ступени.

В МИАН ведутся работы в области квантовых вычислений – по развитию методов управления квантовыми системами, теории открытых квантовых систем и по использованию теории операторных графов для исправления ошибок при выполнении операций приготовления, передачи, обработки и измерения состояний в квантовых системах.

ИФМ РАН, возглавляя консорциум с ИХВВ РАН, ИФП СО РАН, ННГУ им. Н.И. Лобачевского, IKZ (ФРГ), RWTH Aachen (ФРГ), реализует спиновый электронный кубит на квантовых точках в напряженном кремнии, окруженном кремниево-германиевыми барьерами.

Доложены и обсуждены как перспективы развития квантовых компьютеров с учетом их уже реализованных составных частей, так и дискуссионное мнение о невозможности их создания, основанное на следствиях из положений квантовой механики.

В формируемую на данный момент программу по радиофотонике продолжается прием предложений по разработке ЭКБ.

Отмечены высокий уровень докладов и интеграция усилий в части развития квантовых вычислений между организациями, представленными членами Совета, приглашенными учеными и специалистами.