Российские исследователи сделали важный шаг в развитии квантовых технологий: учёные из ФИАН и Российского квантового центра впервые в мире продемонстрировали рекордную стабильность квантового состояния у атомов тулия — редкоземельного элемента, который может значительно повысить надёжность и производительность будущих квантовых компьютеров. Результаты этой работы обещают принести реальные преобразования как в фундаментальной науке, так и в практическом применении квантовых вычислений в России и за её пределами.
Вдохновляющий прорыв в области стабильности кубитов
Ведущие российские специалисты, среди которых директор ФИАН академик Николай Колачевский и учёный Денис Мишин, детально исследовали возможности использования атомов тулия для кодирования квантовой информации. Им удалось удержать их когерентное квантовое состояние в течение беспрецедентных 55 секунд. Это время когерентности — одно из лучших, когда-либо полученных в мировой практике для нейтральных атомов, и значительно опережает аналогичные результаты с применением традиционных элементов.
Высокая стабильность открывает дорогу к созданию более мощных и устойчивых кубитов — базовых единиц квантовой информации. Такой прогресс позволит повысить точность и надёжность вычислений, что является ключевым требованием для развития коммерческих и исследовательских квантовых вычислительных платформ.
Николай Колачевский подчеркнул, что именно достигнутое рекордное время когерентности и стало главным вкладом российской группы. Коллегу поддержал Денис Мишин, который добавил: чем дольше квантовые системы способны поддерживать свое уникальное состояние, тем выше качество обработки информации и расширяются функциональные возможности квантовых устройств — например, становится возможным промежуточное хранение информации, как в ОЗУ обычных ЭВМ.
Почему тулий перспективнее традиционных элементов?
На сегодняшний день разработчики во всем мире чаще всего используют нейтральные атомы щелочных металлов — например, рубидия или цезия — в качестве кубитов. Для ионных платформ наибольшей популярностью пользуются ионы иттербия и стронция. Однако использование тулия позволило российским исследователям найти новые возможности для повышения эффективности квантовых вычислений.
Ключевым преимуществом тулия является возможность кодирования квантовой информации в сверхтонкой структуре его основного состояния. Это делает квантовые операции не только более точными, но и менее подверженными внешним шумам и возмущениям, которые обычно приводят к потере информации в подобных системах.
Кроме того, атом тулия позволяет эффективно управлять переходами между энергетическими уровнями с помощью лазеров и микроволнового излучения, что оптимально для реализации гибких протоколов защиты информации. Благодаря специальной методике «переключения» между основным и метастабильным состоянием кубита (где время жизни достигает 112 миллисекунд) существенно возрастает стойкость информации к шуму.
Роль шумов и борьба за чистоту квантовой информации
Одна из главных сложностей в построении квантовых компьютеров — это взаимодействие системы с внешней средой, которая способна разрушить квантовые состояния (когерентность) за счёт так называемых шумов. Кубиты нельзя полностью изолировать от влияния окружающей среды, из-за чего информация часто теряется в случайных процессах.
Успех, достигнутый с тулием, связан с повышенной устойчивостью его атомов к таким помехам. Использование тулия открывает путь к реализации новых алгоритмов и протоколов квантовой коррекции ошибок, что максимально приближает квантовые компьютеры к требуемой массовой надёжности.
Последние успехи российских квантовых команд
Недавние достижения в этой области подчеркивают лидерские перспективы российских университетов и центров в мировой науке. ФИАН и РКЦ успешно осваивают как атомные, так и ионные платформы для создания мультикубитных систем.
В декабре 2024 года ученые физического факультета МГУ совместно с коллегами из Российского квантового центра представили первый в России прототип квантового компьютера на 50 кубитах, построенного на одиночных атомах рубидия. А уже летом 2025 года в ФИАН был успешно испытан квантовый вычислитель на основе цепочки из 25 ионов иттербия, охлаждённых почти до абсолютного нуля, что позволило добиться высокой точности квантовых операций.
Ранее, в феврале 2024 года, госкорпорация «Росатом» объявила о создании собственных прототипов: установок на 20 кубитах на ионной платформе и на 25 кубитах — на атомной. Эти успехи доказывают устойчивый и уверенный рост российской квантовой отрасли.
Перспективы развития: квантовые технологии для новой эпохи
Результаты работы исследовательских коллективов под руководством Николая Колачевского и Дениса Мишина открывают целый спектр новых направлений для развития отечественных и мировых квантовых технологий. Применение тулия позволяет рассчитывать на эффективную масштабируемость вычислительных платформ, интеллектуальные системы коррекции ошибок, устойчивую долговременную работу квантовых систем и, наконец, ускорение внедрения инноваций в самые разные отрасли — от моделирования сложных физических процессов до создания защищённых коммуникаций.
Пополнение арсенала элементов для построения кубитов расширяет гибкость научных поисков и позволяет оптимизировать под разные задачи: где-то выигрышным будет рубидий или цезий, а где-то тулий даст неоспоримое преимущество в устойчивости и времени хранения информации.
Россия становится одним из лидеров квантового будущего
Впечатляющие результаты работы ФИАН и Российского квантового центра поднимают на новый уровень престиж отечественной фундаментальной науки. Вклад российских учёных в мировое квантовое сообщество сегодня очевиден: освоение новых элементов, таких как тулий, укрепляет позиции страны на передовой технологического прогресса, создаёт условия для появления собственных перспективных квантовых вычислительных систем и гарантирует широкие возможности для российских студентов, инженеров и предпринимателей в самой передовой области современной науки и экономики.
Открытие уникальных свойств тулия и рекордные показатели кубитов мотивируют на дальнейшие исследования и воплощают в жизнь идеи о том, что отечественная наука способна на настоящие глобальные прорывы. Ближайшее будущее квантовых технологий стало значительно ближе благодаря труду российских исследователей.
Источник: biz.cnews.ru
