Кудиты вместо кубитов: физики написали инструкцию для создания кудитных квантовых процессоров

Российские ученые представили концепцию квантовых вычислений, которая может ускорить развитие технологии. Команда Российского квантового центра разработала инструкцию по созданию кудитных квантовых процессоров: устройств, которые потенциально превосходят по эффективности современные квантовые компьютеры на основе кубитов.

Если классические компьютеры оперируют битами со значениями 0 или 1, а квантовые устройства — кубитами, способными находиться в обоих состояниях одновременно, то кудиты представляют собой следующий шаг. Эти системы могут существовать сразу в трех, четырех и более состояниях: 0, 1, 2, 3 и так далее, открывая принципиально новые возможности для квантовых вычислений.

Российские исследователи не только обобщили существующие подходы, но и предложили методы реализации квантовых алгоритмов на кудитной архитектуре. Они описали, как адаптировать логические схемы под многоуровневые системы, как выбирать оптимальную топологию взаимодействий и как встраивать несколько кубитов в один кудит для повышения эффективности вычислений.

Ученые также расширили критерии ДиВинченцо — набор требований, которым должна соответствовать физическая система для реализации квантовых вычислений. В частности, они предложили новую формулировку первого критерия, заменив двухуровневые системы на управляемые многоуровневые кудиты, и показали, как остальные условия переносятся в эту парадигму.

Переход к кудитной архитектуре — новый принцип обращения с физическим носителем квантовой информации. Мы показали, что кудиты позволяют исполнять уже существующие алгоритмы быстрее, проще и с меньшими издержками

Алексей Федоров, руководитель научной группы Российского квантового центра и директор Института физики и квантовой инженерии МИСИС

Исследование основано на патенте, полученном коллективом в 2022 году на концептуальную архитектуру кудитного процессора. С тех пор научные группы из разных стран продемонстрировали прототипы таких устройств, что подтверждает перспективность подхода.

Главные преимущества кудитных процессоров — эффективное использование квантовых ресурсов и возможность решать сложные задачи с меньшими затратами. Вместо увеличения числа кубитов можно использовать дополнительные уровни уже существующих кудитов, что упрощает архитектуру и снижает требования к системам коррекции ошибок.

Читать далее:

Ученые нашли карту к «библейскому сокровищу»: куда она ведет

Физики поняли, что произошло в первые секунды Вселенной: это их удивило

Эйнштейн ошибся: возможно, пространства-времени вообще не существует

_{Иллюстрация на обложке: designed by Freepik, лицензия}