Ученые создали новый подход к масштабированию квантовых компьютеров: при этом они не увеличивали количество квантовых носителей информации. Авторы новой работы из Российского квантового центра создали новый алгоритм для операции, которую используют во всех квантовых алгоритмах — это операция гейта Тоффоли.

Речь идет об универсальном контролируемом обратимом вентиле с тремя входами и выходами: его придумал Томас Тоффоли в 1980 году. Было доказано, что, используя только этот вентиль, можно построить любую обратимую логическую схему, например, арифметическое устройство или процессор. Также он является популярным квантовым вентилем при построении обратимых схем квантовых компьютеров.

Но исследователи использовали для реализации операции не кубиты, а другой вид многоуровневых квантовых систем — кутриты. Они могут находиться сразу в трех состояниях одновременно. Так можно проводить квантовые операции быстрее и качественнее.

Схема была продемонстрирована на сверхпроводниковом квантовом компьютере. Полученные результаты позволят значительно ускорить внедрение квантовых вычислений в индустриальную среду.

Идея кудитных квантовых процессоров состоит в том, чтобы использовать дополнительные уровни физических систем для увеличения качества реализации квантовых операций и «более плотного» кодирования квантовой информации. Для демонстрации схемы был выбран сверхпроводниковый квантовый компьютер. В России в рамках проекта Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) идет работа по созданию кудитного квантового компьютера на ионах, – Алексей Федоров,руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре.