Относительно недавно были созданы искусственные ловушки для одиночного иона (атома), групп атомов или ионов. Другим подходом стала возможность создания с помощью сверхпроводимости искусственных макроскопических «частиц», подчиняющихся квантовым законам. И, наконец, исследователи научились управлять поведением частиц (и квази-частиц), воздействуя квантом, электроимпульсом, магнитным полем или градиентом температуры.
Одно из нетривиальных приложений фундаментального понимания законов квантовой физики – квантовый компьютер (КвК). Созданные на сегодняшний день устройства работают на основе вероятностных законов квантовой механики, хотя по подходу к решению задач они, скорее, аналоговые.
Тем не менее, уже сегодня эти устройства защищают данные, распознают образы, решают n-мерные «головоломки», а в недалёкой перспективе будут осваивать широкий класс специальных задач, в которых с ростом числа переменных время для вычислений растёт по экспоненте.
Какое отношение к КвК имеет ТПУ? В своё время на кафедре радиотехники профессор М.С. Ройтман решил осваивать такую тематику, как слабая сверхпроводимость (применительно к магнитокардиографии). И вскоре в Дубне трое политехников – Владимир Полушкин, Александр Лихачёв и Сергей Учайкин – собрали первый в мире магнитокардиограф на основе высокотемпературных сверхпроводящих плёнок (ВТСП).
1 января 2004 года, после Объе-динённого института ядерных исследований (Дубна, группа академика, Нобелевского лауреата Ильи Михайловича Франка и Лаборатория физики частиц профессора Игоря Алексеевича Савина), Института физики Макса Планка (Мюнхен, группа Нобелевского лауреата Рудольфа Людвига Мёссбауэра) «слабая сверхпроводимость» привела Сергея Учайкина в компанию D-Wave Systems Inc. (г. Бёрнаби, Канада). С целевой установкой создать квантовый компьютер компания учреждена в 1999 году.
Единица информации КвК, как и в классическом компьютере, – бит, а дальше надо сконструировать бит-ячейку, или кубит (английское qubit – квантовый бит). В мире разработку элементов квантового компьютера ведут несколько десятков групп, около 20 создают и исследуют кубиты из сверхпроводящих материалов, D-Wave – в их числе.
Четыре года назад компания разработала и построила технологичный, устойчиво работающий адиабатический квантовый процессор. В каждом из его 16 кубитов квантовую механику реализуют «возбуждённые» группы электронов, находящиеся в состоянии «квантового перепутывания».
Физически кубит построен на элементах из окиси алюминия и нио-бия, охлаждённых жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю (–273, 145°C) (http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/technics/291/). К слову, число кубитов в процессоре, о продажах которого компания заявила в мае 2011 года, может быть доведено до 128.
В последней декаде октября на территории Института кибернетики ТПУ Сергей Учайкин представил некоторые результаты в лекции «Передовой опыт разработки квантового компьютера компании D-Wave Systems (Канада)», ответил на вопросы аспирантов, студентов и преподавателей.
Впрочем, не лекцией единой измеряется взаимодействие с университетом, некогда давшим базовые знания, поскольку доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник компании D-Wave Systems Inc. Сергей Учайкин приглашён кафед-рой компьютерных измерительных систем и метрологии в качестве научного руководителя по гранту «Система контроля магнитного окружения квантового процессора на основе феррозондового датчика сверхвысокого разрешения».
Работа ведётся в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы. Исполнители гранта с нашей стороны – аспиранты Виталия Огай, Павел Баранов, студентка Алёна Хуснулина; научный руководитель – заведующий кафедрой профессор ТПУ Сергей Муравьёв.
«Чем больше приложений, тем больше покупателей, поэтому D-Wave заинтересована в сотрудничестве с университетами вообще, и Томским политехническим в частности…» – утверждает сотрудник компании D-Wave Systems Inc. Сергей Учайкин.
Фото: процессор «Орион» в сборке с криогенной системой охлаждения (фото J.Chung/D-Wave Systems с сайта dailytech.com).
Олег Плотников