Современная электроника №7/2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2022 Следует отметить, что существует тип квантовых вычислителей, использую- щий дефекты в кристаллах, который может работать при комнатных тем- пературах [9]. Кроме того, кубиты на нейтральных атомах работают с лазерным охлажде- нием и не требуют громоздких крио- генных установок. Современные квантовые вычисли- тели способны моделировать сейчас только простые молекулы. Так, с помо- щью универсального цифрового кван- тового компьютера UDQGC сотрудни- ки IBM смогли смоделировать основное состояние молекулы воды [10]. Исследовательская группа из Google Quantum AI при помощи разработан- ного ими алгоритма определила основ- ные состояния молекулярного азота и других элементов. По мнению руково- дителя эксперимента Дэвида Райхмана, полученные результаты представляют собой одно из самых значимых собы- тий в квантовой химии за 2022 год [11]. Несмотря на радужные перспекти- вы, реальная оценка существующего уровня развития квантовых вычисле- ний показывает, что, согласно совре- менному уровню теоретической квантовой физики и существующих технологий, для моделирования слож- ных квантовых систем нужны кванто- вые компьютеры, содержащие сотни тысяч и миллионы вычислительных ячеек. Это сегодня в принципе невоз- можно. Самый лучший из квантовых компьютеров класса UDQGC, соз- данный концерном IBM, содержит 127 кубитов (по данным на 16 ноября 2021 года) [12]. В настоящее время технология кван- товых вычислителей в начале 2000-х перешла из начального уровня раз- вития в переходный период поиска новых прорывных технологий. Сейчас мы находимся скорее на уровне демон- страции потенциальных возможностей квантовых вычислений, а также поиска новых алгоритмов и технологий. В настоящее время во всём мире эксплуатируются и модернизируются образцы универсальных цифровых квантовых вентильных компьютеров UDQGC, представляющие собой слож- нейшие лабораторные установки. Экспериментальные образцы этих компьютеров, расположенные в веду- щих мировых исследовательских цен- трах, в чистом виде в основном исполь- зуются для изучения и моделирования самого процесса квантовых вычисле- ний и квантовых алгоритмов. В послед- нее время компьютеры этого типа в сочетании со стандартными компью- терами КДЛ используются в гибридных проектах VQE [13, 14]. Параллельно с развитием направле- ния универсальных цифровых, вен- тильных квантовых компьютеров раз- вивается направление адиабатических аналоговых квантовых вычислителей. В отличие от цифровых UDQGC, ади- абатические квантовые вычислители не имеют цифровых вентилей. Куби- ты в них управляются с помощью токов смещения в джозефсоновских перехо- дах. Подробнее об этом в других разде- лах статьи. Из чисто научных проектов кванто- вые вычисления постепенно начинают внедряться в реальную жизнь. Канадская фирма D-Wave выпуска- ет в продажу квантовые вычислители с отжигом (annealing quantum computer), которые используются многими круп- ными фирмами и университетами для изучения адиабатических квантовых процессов [15]. Швейцарская фирма ID Quantique предлагает квантовые ключи, квантово- безопасное сетевое шифрование, счёт- чики одиночных фотонов и аппарат- ные генераторы случайных чисел на базе кубитов [16]. Американская MagiQ Technologies разрабатывает и поставля- ет квантовые ключи и квантовые систе- мы безопасности [17, 18]. В настоящее время исследованиями в области квантовых вычислений зани- маются около пятисот различных лабо- раторий практически во всех развитых странах. По данным [19] на сегодняшний день Великобритания является одним из главных центров по разработкам в области квантовых вычислений. В стране расположены такие веду- щие лаборатории по разработке QC, как, например: Quantinuum; Oxford Quantum Circuits; Oxford Instruments; NQCC (UK Research and Innovation); Universal Quantum; Cambridge Quantum; Honeywell Quantum Solutions; Riverlane; QURECA и другие. Интенсивные разработки кванто- вых компьютеров ведутся в лаборато- риях таких университетов, как Leopold- Franzens-Universitat Innsbruck, Kyoto University, Oxford University, University of Calgary, Wuhan University, University of Groningen, Julich Supercomputing Centre, National Laboratory for Quantum Information Sciences in Hefei и других научных центрах мира. Согласно данным консалтинговой компании Patinformatics, занимаю- щейся патентной аналитикой, наиболь- шее число патентных заявок за послед- ние несколько лет на тему квантовых вычислений в мире было подано Кита- ем, который всячески поддерживает и стимулирует разработки в этой обла- сти [20, 21]. Следует обратить внимание на то, что два из крупнейших в мире кван- товых компьютеров находятся в КНР: «Jiuzhang 2.0» – мощный фотонный квантовый компьютер и «Zuchongzi» с 56 сверхпроводящими кубитами [22]. Проблемам квантовых вычислений уделяется особое внимание также и в России. Так, например, в научно-иссле- довательском центре RQC [23], а также Рис. 2. Интегральная схема на основе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе, разработанная МФТИ ..