В России разработали отечественные системы охлаждения — криостаты сверхнизких температур и сверхвысокой холодопроизводительности. Новое оборудование — это сердце вычислителя — платформа, куда помещается квантовый процессор. Без него кубиты не смогут работать. Прежде криостаты закупали за рубежом. Также новые установки будут востребованы в других высокотехнологичных областях — нейроморфных устройствах, оборудовании для астрономических наблюдений, различных сенсорных системах. Подробнее — в материале «Известий».

Какую роль охлаждение играет в квантовых устройствах

Российские ученые разработали криостаты (системы охлаждения), которые предназначены для достижения температуры, близкой к абсолютному нулю по шкале Кельвина, или к –273,15 °С. В разработке приняли участие специалисты из МГТУ им. Н.Э. Баумана, Всероссийского НИИ автоматики им. Н.Л. Духова и компании «Криотрейд инжиниринг». В результате опытно-конструкторских работ, которые продолжались в течение 2,5 года были изготовлены два охладительных комплекса.

Как объяснили специалисты, абсолютный ноль — это температура, при которой атомы и молекулы перестают двигаться, поскольку у них нет энергии для перемещений или колебаний. В таком состоянии материя начинает вести себя по законам квантовой механики.

Криостаты — это значимая часть квантового вычислителя, без которого кубиты (квантовые единицы вычислений) не смогут работать. Новое оборудование предназначено для обеспечения работы квантовых сверхпроводниковых компьютеров, а также для решения других практических полезных высокотехнологичных задач.

— Сегодня мы говорим о сухих криостатах сверхнизких температур и сверхвысокой холодопроизводительности. Такие установки применяют в широком спектре направлений — как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладных областях. Например, в нейроморфных вычислителях, астрономических наблюдениях, различных сенсорных системах. Поэтому разработать такой комплекс было необходимо, — объяснил «Известиям» главный конструктор, директор НОЦ «Функциональные Микро/Наносистемы» МГТУ им. Н.Э. Баумана и Всероссийского НИИ автоматики Илья Родионов.

По его словам, в рамках проекта разработаны оптический субкельвиновый комплекс Yurta, который предназначен для достижения температуры уровня порядка 0,45 К, и криостат растворения Yaranga, способный получать милликельвиновые температуры — всего около 0,01К от абсолютного нуля. По словам ученого, установки получили наименования в честь жилищ северных российских народов.

Как облачный доступ поможет развивать новые технологии

Презентация разработки состоялась 9 сентября в МГТУ им. Н.Э. Баумана. С оборудованием ознакомились первый вице-премьер Денис Мантуров и глава Минобрнауки Валерий Фальков.

— Создание такого сложного высокотехнологичного продукта стало настоящим вызовом для команды ученых и инженеров. Это, безусловно, важный шаг для нашей страны, который создает фундамент для дальнейших исследований в области квантовых вычислений, расширяет возможности экспериментальной физики низких температур и способствует развитию отечественных технологий, — сообщил ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана Михаил Гордин.

По словам специалистов, прежде подобное оборудование закупалось за рубежом, что ограничивало темпы развития отечественных квантовых технологий. В настоящее время эти барьеры устранены. Вместе с тем новые комплексы выполнены с применением передовых решений промышленного дизайна, что позволит обеспечить им хорошие экспортные перспективы.

Также в рамках презентации состоялся официальный запуск облачного доступа к новому отечественному гибридному квантово-классическому вычислителю, который создан на базе криостата растворения Yaranga.

По словам разработчиков, в его основе — спроектированная и изготовленная совместным исследовательским центром МГТУ и Всероссийского НИИ автоматики компонентная база на основе нового отечественного сверхпроводникового квантового сопроцессора SnowDrop 4Q.

Это устройство позволяет реализовывать квантовые алгоритмы с помощью четырех кубитов, обеспечивая при этом точность однокубитных операций — 99,9%, а двухкубитных — 99%.

— Мы долго шли к запуску открытого квантового вычислителя, стартовав практически с нуля в 2015 году. Сегодня мы презентуем комплексное решение на базе российской ЭКБ, которое уже дает разработчикам возможность тестировать на «квантовом железе» собственные квантовые алгоритмы для решения тестовых задач широкого спектра. Дальше — мы будем планомерно наращивать производительность наших квантовых сопроцессоров для перевода вычислителей в практическую плоскость, — отметил научный руководитель Всероссийского НИИ автоматики Александр Андрияш.

По его мнению, облачный доступ к вычислителю для ведущих научно-исследовательских организаций и промышленных компаний будет способствовать внедрению квантовых технологий среди широкого круга пользователей и ускорит создание прорывных технологий.