Последние достижения и перспективы квантовых технологий обсудили в РАН

Состоялось очередное заседание Научного совета РАН «Квантовые технологии» под председательством президента РАН академика Геннадия Красникова. Тема заседания — «Квантовые алгоритмы» — объединила ведущих специалистов в области квантовых вычислений, топологических систем и квантовой химии. Участники представили доклады, посвящённые последним достижениям и перспективам развития квантовых технологий.

«Сегодня на повестке заседания тематика, позволяющая нам оценить новые перспективы квантовых технологий с учётом последних публикаций, которые связаны в том числе с топологическими квантовыми кубитами», — сказал во вступительном слове глава РАН.

Так, например, член-корреспондент РАН Юрий Махлин рассказал о топологических кубитах, подчеркнув их потенциал для защиты от шумов: «Топологический кубит — это физическая система, которая реализует квантовую коррекцию ошибок на аппаратном уровне и не требует активного воздействия для исправления ошибок <…> Это означает, что мы можем достичь экспоненциально высокой точности, просто изменяя размер системы или понижая температуру».

Как отметил докладчик, несмотря на сложность реализации, топологические кубиты остаются перспективным направлением, особенно в контексте последних работ крупных корпораций, направленных на создание защищённых квантовых систем.

Кандидат физико-математических наук Глеб Фёдоров поделился результатами экспериментов по применению сверхпроводниковых интегральных схем для разработки квантовых симуляторов и моделей машинного обучения: «Мы показали, что даже небольшие квантовые цепочки могут решать практические задачи, такие как распознавание образов, с точностью до 90 %. Чтобы достичь преимущества в области квантового машинного обучения, нужно сфокусироваться на исследованиях в области проблемы обучаемости, то есть подбора правильных цепочек, снижения уровня шумов, улучшения качества квантовых интегральных микросхем. И развивать гибридные модели».

Он также отметил, что Россия пока отстаёт в области масштабирования квантовых систем, но активное развитие технологий и сотрудничество с международными группами помогут сократить этот разрыв.

«На данном этапе необходим реалистичный и систематический сравнительный анализ мировых результатов, чтобы найти наиболее перспективные архитектуры с точки зрения получения квантового преимущества», — отметил учёный.

Доктор физико-математических наук Анатолий Титов рассказал о разработке компьютерных программ, которые дают возможность выполнять очень точные расчёты при наименьших вычислительных затратах. Этого можно достичь с помощью «двухшаговых» подходов, в которых расчёт электронной структуры молекул (с тяжёлыми атомами) и их физико-химических свойств разбивается на два последовательных расчёта: сначала в валентной области химического соединения с использованием точных релятивистских псевдопотенциалов, а затем в ядрах тяжёлых атомов с использованием процедур восстановления их четырёхкомпонентной волновой функции.

Он подчеркнул важность комбинирования в квантовой химии экспериментальных данных с теоретическими моделями для изучения сложных материалов из химических соединений, содержащих элементы нижней половины таблицы Менделеева.

Среди других тем, прозвучавших в ходе заседания: перспективы развития квантовой химии, магнитных и оптических материалов с использованием классических и квантовых компьютеров; топологические сверхпроводниковые сети; сверхпроводниковые интегральные схемы для квантовых симуляторов и машинного обучения; кантовые вычисления: полезность для решения практических задач; перспективы достижения пороговых значений ошибок, необходимых для реализации алгоритмов квантовой коррекции на оптической и атомной платформах; эффективные квантовые алгоритмы поиска данных на основе квантового хеширования; оптимальное управление кубитами при наличии окружения; эффективность квантового алгоритма приближенной оптимизации QAOA; квантовые вычисления и криптографические алгоритмы.

Источник: сайт РАН