Цели лаборатории
Разработка фундаментальных принципов и технологии для устройств квантового интернета.
Основные направления исследований:
- моделирование сложных (маногочастичных и взаимодействующих) квантовых систем;
- методы управления многочастичными квантовыми системами;
- протоколы квантовых коммуникаций для связи квантовых компьютеров;
- новые архитектуры квантовых вычислительных устройств (квантовых процессоров и симуляторов);
- динамика сложных квантовых систем и передача информации;
- распределенные квантовые системы для обработки информации и метрологии.
Задачи, стоящие перед лабораторией
- Разработка новых методов моделирования квантовых систем на основе современных подходов тензорных и нейронных сетей.
- Создание эффективных протоколов для распределенных квантовых систем (например, квантовых процессоров, соединенных фотонным интерфейсом) для передачи и обработки информации.
- Разработка прототипов распределенных квантовых устройств и комплекса решений для оптимизации их функционирования.
Значимые результаты
Сегодня индустрии требуется внедрение передовых технологий для оптимизации производственных процессов. Благодаря колоссальному прогрессу микроэлектроникой промышленности, стали возможными решение широкого спектра индустриальных задач, увеличение производительности труда, сопутствующий экономический рост и цифровизация — неотъемлемая черта развития современного общества.
Однако часть проблем остаются чрезвычайно сложными, нерешаемыми для существующих подходов. Это задачи из области химии, моделирования материалов и лекарств, оптимизации процессов, таких как логистика, обработки больших данных, например, изображений — все эти задачи нужны нам для развития нашей страны. Решать эти задачи прямолинейно не получится, нужны новые принципиально методы, такие как искусственный интеллект. В свою очередь, прорывы области искусственного интеллекта требуют новых вычислительных технологий; систем вычислений на новых физических принципах. Речь идет о новых физических платформах для классических технологий, в первую очередь, для фотонных процессоров. Такие системы могу значительно ускорить математические задачи, которые нужны искусственному интеллекту.
Также, речь может идти о новых подходах к вычислениям — квантовых компьютерах. Квантовые компьютеры — уже не просто новый подход, а новая физическая концепция. Используя свойства самых микроскопических объектов, можно построить квантовые компьютеры, которые многократно превзойдут привычные нам классические суперкомпьютеры. Речь уже не про количественное ускорение, а про качественный скачок.
Откроются новые возможности, решатся новые задачи из области материаловедения и оптимизации, которые нам сегодня недоступны. Примерами может стать снижение издержек на производство востребованных химических соединений. Например, на производство аммиака тратится до 3% всей мировой энергии, тогда как квантовый компьютер сможет открыть путь к получению аммиака новыми способами без столь существенных затрат.
Сочетание квантовых компьютеров и искусственного интеллекта приведет к ускорению производства лекарств за счет более точного моделирования их компонентов, более эффективному подобру параметров при разработке материалов для авиа- и машиностроения, а также оптимизации процессов при добыче, обработке и транспортировки энергоносителей.
Одной из ключевых проблем построения квантовых компьютеров является проблема масштабируемости — увеличения числа кубитов без серьезной деградации качества операций ними. Для решения этой задачи предлагается использование многоуровневых квантовых систем — кудитов.
Сотрудниками лаборатории впервые предложен метод для декомпозиции многокубитных гейтов с помощью кутритов — трехуровневых квантовых систем. Показано, что Обобщенный n-кубитный гейт Тоффоли может быть реализован на кутритах в произвольной топологии связей c использованием 2n − 3 нативных для сверхпроводящей платформы двухкутритных гейтов. Предлагаемый метод открывает возможности для более эффективной (с точки зрения числа требуемых операций) реализации квантовых алгоритмов на свехпроводниковых квантовых процессорах.
