В кластере Квантум Парк МГТУ им. Н. Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» создали 8-кубитный сверхпроводниковый квантовый сопроцессор архитектуры SnowDrop следующего поколения. С 1 по 20 августа он будет доступен для онлайн-экспериментов на облачной платформе Bauman Octillion, работать с ним можно бесплатно. Ученым удалось реализовать новый метод двухкубитных операций — его точность достигает 99,55%.
Для создания масштабируемых квантовых компьютеров необходимы сверхточные двухкубитные логические операции, но именно они чаще всего становятся источником ошибок. В современных схемах точность ограничена искажениями управляющих импульсов, что сдерживает производительность.
Ученые предложили новый подход к реализации двухкубитных операций на сверхпроводниковых кубитах-трансмонах. Он сочетает новую архитектуру процессора с управляемой связью между кубитами и особые управляющие сигналы — импульсы «летучей мыши» (протокол BAT — биполярный импульс с промежуточной подстройкой). Это снижает нежелательные взаимодействия между кубитами, повышает устойчивость к низкочастотным шумам и облегчает калибровку оборудования. Кроме того, новый метод упрощает проведение экспериментов.
«Запрос на разработку более простого универсального метода проведения двухкубитных вентилей мы получили от алгоритмистов ВНИИА. Теперь вместо того, чтобы собирать сложную операцию из нескольких стандартных квантовых операций, мы можем использовать один гибко настраиваемый инструмент. Это позволяет „срезать углы“ и выполнять ряд алгоритмов за гораздо меньшее число операций, что бережет ресурсы сопроцессора, — рассказывает старший научный сотрудник Никита Смирнов. — Для этого мы предложили использовать специальную систему управляющих команд, поддерживаемых нашей новой архитектурой чипов. Количество операций снизилось, а точность — существенно выросла и остается высокой с масштабированием числа кубитов».
Разработанный протокол BAT использует парные электрические импульсы противоположной полярности. Между ними проходит сверхкороткий корректирующий сигнал. Вместо сложных стандартных команд разработчики запрограммировали произвольную двухкубитную операцию за один промежуточный импульс. При этом стандартные CZ двухкубитные операции также легко реализуются импульсами «летучей мыши».
Главное преимущество технологии — сокращение длины квантовых программ при одновременной защите от ошибок. Импульсы идут парами «плюс-минус» и работают по принципу квантового эха: второй импульс мгновенно «затирает» искажения и низкочастотный шум от первого. Программа становится короче, а вычисления быстрее. Аббревиатура BAT совпадает с английским словом bat (летучая мышь). Это отражает физику процесса через две аналогии: навигация по эхолокации в условиях шума и «плюс-минус» амплитуда как взмахи крыльев.
Эффективность метода подтвердили на 4- и 8-кубитных сопроцессорах SnowDrop. В 8-кубитном средняя точность одновременных однокубитных операций составила 99,929±0,02%. Наиболее эффективные пары кубитов на кристалле показали точность 99,55% — уровень передовых мировых сверхпроводниковых сопроцессоров. Численное моделирование показало: точность двухкубитных операций можно повысить до уровня более 99,9%, что является критичным порогом для алгоритмов в материаловедении, квантовой химии и логистике. Первые серии образцов уже в производстве.
«Мы не просто улучшили точность двухкубитных операций, но переосмыслили подход к архитектуре, проектированию и управлению кубитами. Новые решения в архитектуре SnowDrop позволяют реализовать сверхпроводниковые квантовые сопроцессоры — одновременно точные, более простые в калибровке и масштабируемые. Это наш следующий шаг к практически полезным квантово-классическим центрам обработки данных для решения вычислительно сложных задач», — отметил руководитель кластера Квантум Парк МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» Илья Родионов.
Результаты работы отправлены в научный журнал Physical Review Applied (август 2026). Разработки внедрили в аппаратно-программный стек платформы Bauman Octillion — с 1 августа пользователи из разных стран смогут протестировать новый 8-кубитный сопроцессор SnowDrop и продолжить работу на 4-кубитном вычислителе через открытый интерфейс платформы. Они получат возможность удаленно работать на уникальном оборудовании, которое сложно и дорого воспроизводить в каждой лаборатории. Это ускоряет открытия, развивает кадровый потенциал и помогает стране сохранять лидерство в данной сфере.
Исследования выполнены в рамках стратегического технологического проекта «Экзафлопсные гибридные вычисления (Bauman DeepTech)».
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
