Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 23 от 20 июня 2006 года

Однако сегодня наибольший интерес ученых вызывает самая естественная сфера потенциального применения КК, точное моделирование квантовых систем — атомов, молекул, их сложных взаимодействий в химических реакциях и живых организмах.

Каковы же требования к точности?

Юрий Богданов:Для задач квантового компьютинга нужна точность в четыре-пять девяток (99,999%). Этого, с учетом алгоритмов (весьма ресурсоемкого) исправления ошибок, достаточно для реализации сложных квантовых вычислений. В наших работах с группой Кулика (они опубликованы в ведущих международных и российских научных журналах) мы получаем точность 99,98%. Сегодня это лучший результат в мире. Нет сомнения, что на более качественной аппаратуре наши методы позволят достичь большей точности.

Но работа с кубитами не единственная наша задача. Мы преследуем прежде всего фундаментальные цели — продемонстрировать конструктивный подход к квантовой механике, показать, что пси-функция — реальный объект, который можно измерить (просто для этого нужно использовать ансамбль представителей).

Второе экспериментальное направление, развиваемое учеными ФТИАН, — кубиты на основе цепочек ядерных спинов.

Владимир Лукичёв:Используя современную технологию создания структур в полупроводнике размером в несколько нанометров, мы можем имплантировать в узкий канал в кремнии линейную цепочку ионов фосфора. Одна такая цепочка содержит от десяти тысяч до миллиона атомов (ядерный спин очень мал, и чтобы управлять им и надежно его детектировать, надо набрать достаточно большое число частиц). Это один логический кубит.

Эксперименты с такими кубитами запланированы на следующее лето. Сейчас мы строим «чистую комнату», в которую будет установлен электронный литограф (он стоит 1,2 млн. евро, финансирование идет из госбюджета, по целевым программам). Это оборудование позволяет создавать структуры по 32-нанометровой технологии, их мы будем использовать для экспериментов с квантовыми устройствами. Первая задача — создать хотя бы пару кубитов и научиться ими управлять.

Еще один экспериментальный проект связан с высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП).

Владимир Лукичёв:В нашем институте ведется и проект по созданию так называемого р-контакта. В этом случае кубит создается на границе ВТСП двух разных типов (SDS-переход). Потенциальная энергия такого перехода имеет два минимума, при значениях фазовой переменной 0 и р. Они соответствуют двум базовым состояниям кубита.

Часть экспериментов по этому направлению мы выполняем совместно с одним из университетов Дании, а также с Институтом радиотехники и электроники РАН.

Четвертое направление экспериментальных исследований — кубиты на ионных ловушках — находится в стадии планирования. По этой технологии в мире уже получены сложные квантовые состояния десятков ионов меди или магния. Для такой работы нужна серьезная лазерная техника, и сейчас налаживается сотрудничество с Каширским лазерным центром.

В лаборатории есть и теоретический проект — КК на квантовых точках с оптическим управлением.

Александр Цуканов:Квантовые точки называют еще искусственными атомами. Это макрообъекты, разделенные полупроводником с параметрами, позволяющими удерживать в каждой точке отдельные электроны. Поэтому квантовые точки можно «заселять» определенным количеством электронов. Они допускают кодировку квантовой информации, устойчивую к некоторым типам шумов (а это главная проблема при конструировании кубитов). Квантовая информация, закодированная таким способом, может храниться долго — по квантовым меркам, конечно: от десятков наносекунд до микросекунд. Пару квантовых точек можно трактовать как кубит: электрон в левой точке — ноль, в правой — единица.

Сейчас в мире, в том числе и в России, идет много проектов по квантовым точкам, считается, что это одно из самых перспективных направлений, в частности потому, что квантовые точки сравнительно легко изготовить, причем можно контролировать их форму, размеры и состав.

Впрочем, как заметил Юрий Богданов, никто пока не может сказать, на какую из технологий кубитового харда надо делать ставку. ФТИАН стремится следовать принципу «пусть расцветают сто цветов» — но в применении к кубитам ни одна организация на планете не может воплотить этот принцип в полной мере. В институте отдают предпочтение твердотельным технологиям, но и они так разнообразны, что охватить все невозможно.