Центр квантовых технологий МГУ запускает платформу для разработки квантовых алгоритмов

Центр квантовых технологий физического факультета МГУ разработал и запустил облачную софтверную платформу для разработчиков квантовых и гибридных квантово-классических алгоритмов. Платформа будет интересна, в первую очередь, студентам, научным работникам и сотрудникам научно-исследовательских подразделений компаний, которые занимаются квантовыми вычислениями, квантовой информатикой, квантовым программированием.

Эта платформа позволяет запускать и тестировать различные программы, предназначенные для работы с квантовыми вычислителями. В настоящий момент поддерживается язык квантовых инструкций, синтаксис которого совпадает с языком Quil (Rigetti Computing). Для написания классической части программы выбран язык Python. В дальнейшем планируется поддержка большего количества языков квантовых инструкций, чтобы сделать систему более универсальной и удобной для исследователей. Важно, что платформа практически не ограничивает пользователя и позволяет реализовать и тестировать практически любые квантовые и гибридные квантово-классические алгоритмы.

«Создание подобной платформы – это самостоятельная большая задача, – рассказал Станислав Страупе, руководитель сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий. – Разработка и тестирование алгоритмов квантовых вычислений необходимы для того, чтобы в дальнейшем, с развитием квантовых компьютеров, можно было решать все более сложные задачи как научного, так и прикладного характера».

Для получения доступа необходимо зарегистрироваться на сайте rcp.qotlabs.org. После одобрения пользователю станут доступны вычислительные ресурсы и API для связи с квантовым вычислительным устройством или его классическим симулятором.

До настоящего времени подобные платформы были доступны только в зарубежных проектах, таких как IBM Quantum Experience, Microsoft Azure Quantum, Rigetti Computing, D-Wave и других. Однако сейчас, когда импортозамещению в высокотехнологических областях придается особое значение, важно иметь отечественное решение, которое даст возможность тестировать квантовые алгоритмы. Предлагаемая платформа удовлетворяет этому требованию. Все данные, используемые при работе, хранятся на серверах, расположенных на территории Российской Федерации. Физической основой для системы служат две платформы, разрабатываемые в Центре квантовых технологий физического факультета МГУ: квантовый процессор на нейтральных атомах в оптических ловушках и линейно-оптический квантовый вычислитель. В настоящий момент пользователям доступны классические симуляторы квантовых процессоров, в ближайшем будущем можно будет получить доступ к реальному оптическому чипу.

Помимо Центра квантовых технологий физического факультета МГУ об открытии доступа к своей облачной платформе квантовых вычислений объявил и Российский квантовый центр. Платформа РКЦ будет полезна для решения задач дискретной оптимизации, а также для анализа экономического эффекта от внедрения квантовых вычислительных архитектур.

В Центре квантовых технологий физического факультета МГУ создаются квантовые вычислители на двух платформах – линейно-оптической и на нейтральных атомах в оптических ловушках.

В основе квантового процессора на нейтральных атомах – квантовый регистр из одиночных атомов рубидия, захваченных в массив оптических пинцетов. Эта технология позволяет создавать двумерные массивы атомов с контролируемым взаимодействием, которые можно использовать в качестве физических кубитов. Данная технология позволяет создавать двумерные и трёхмерные упорядоченные структуры из более чем 36 одиночных атомов рубидия. Каждый атом играет роль физического кубита, для кодирования логических состояний используются подуровни сверхтонкого расщепления основного состояния. Индивидуальная адресация возможна с помощью вспомогательного оптического пинцета. Преимущества данного решения: перестраиваемая структура квантового регистра, возможность создания трёхмерных структур, гибкая настройка и возможность программного переключения между «цифровым» и «аналоговым» режимами работы.

В основе линейно-оптического квантового чипа лежит кодирование информации в квантовые состояния одиночных фотонов. Многофотонные состояния затем преобразуются с помощью программируемого линейного оптического интерферометра и детектируются на выходе с помощью счётчиков одиночных фотонов. Размерность пространства логических состояний в такой системе может быть очень большой, что позволяет реализовать вычислительное превосходство над классическими компьютерами в ряде задач. Преимуществами данной платформы являются низкий уровень ошибок и декогеренции состояний фотонов, большая размерность пространства состояний, возможность интегрального исполнения большинства компонентов системы.