Кудиты против кубитов: новая эра квантовых вычислений
Команда исследователей из Российского квантового центра (РКЦ) представила детальное руководство по созданию кудитных квантовых процессоров — устройств, способных превзойти традиционные квантовые компьютеры на основе кубитов. Результаты их работы опубликованы в Reviews of Modern Physics, одном из самых престижных научных журналов в области физики.
В отличие от классических компьютеров, где информация кодируется в битах (0 или 1), квантовые системы используют кубиты, которые могут находиться в суперпозиции состояний. Однако кудиты — более сложные квантовые объекты, способные принимать три и более состояния (0, 1, 2, 3…), что открывает новые возможности для ускорения вычислений.
Почему кудиты — это прорыв?
В 2022 году российские ученые получили патент на архитектуру кудитного процессора, объединив два ключевых подхода:
- замену кубитов на кудиты,
- использование их дополнительных уровней вместо вспомогательных элементов.
С тех пор эксперименты с кудитными процессорами успешно проводились в России, США, Китае и Австрии. Новая работа превращает теоретические наработки в практическое руководство, объясняя:
- как реализовывать квантовые алгоритмы (включая алгоритм Гровера),
- как адаптировать логические схемы под кудитную архитектуру,
- как выбирать топологию взаимодействий (линейную, звездообразную или произвольную).
Новые методы и расширение критериев ДиВинченцо
Ученые не только систематизировали существующие подходы, но и предложили новые методы:
- Декомпозиция многокубитных гейтов — упрощение сложных операций.
- Встраивание нескольких кубитов в один кудит — экономия ресурсов.
- Оптимизация архитектуры процессора за счет внутренних уровней кудитов.
Одним из главных достижений стало расширение критериев ДиВинченцо — набора требований к физическим системам для квантовых вычислений. Теперь вместо двухуровневых кубитов рассматриваются d-уровневые кудиты, что открывает путь к более гибким и мощным процессорам.
Перспективы и значение открытия
Алексей Федоров, руководитель научной группы РКЦ и директор Института физики МИСИС, отметил:
«Кудитная архитектура — это принципиально новый подход к квантовым вычислениям. Мы доказали, что кудиты позволяют выполнять алгоритмы быстрее, проще и с меньшими затратами. Это приближает нас к практическому применению квантовых процессоров раньше, чем ожидалось».
Публикация в Reviews of Modern Physics подтверждает лидерство российских ученых в области квантовых технологий и задает вектор для будущего масштабирования кудитных систем.
