В России созданы отечественные системы охлаждения — криостаты с крайне низкими температурами и повышенной холодопроизводительностью. Этот новый аппарат представляет собой ключевой элемент вычислительной платформы, где размещается квантовый процессор. Без такой системы работы кубитов невозможна. Ранее подобные криостаты приобретали за границей. Также данное оборудование найдет применение в различных современных высокотехнологичных сферах — нейроморфных устройствах, астрономическом оборудовании и множестве сенсорных систем. Подробнее об этом — в статье «Известий».

Российские специалисты создали криостаты, системы охлаждения, разработанные для достижения температур, близких к абсолютному нулю по шкале Кельвина, то есть приблизительно -273,15°С. В проекте принимали участие эксперты из МГТУ имени Н.Э. Баумана, Всероссийского НИИ автоматики имени Н.Л. Духова и компании «Криотрейд инжиниринг». В ходе опытно-конструкторских работ, которые длились примерно 2,5 года, были созданы два охладительных комплекса.

Как пояснили разработчики, абсолютный ноль — это уровень температуры, при котором атомы и молекулы полностью прекращают движение, лишенные энергии для перемещений и колебаний. В таком состоянии вещество начинает подчиняться законам квантовой механики.

Криостаты играют важную роль в квантовых вычислителях — без них кубиты, являющиеся квантовыми единицами вычислений, не функционируют. Новое оборудование создано для поддержки работы квантовых сверхпроводящих компьютеров, а также для решения различных актуальных задач в остальных высокотехнологичных областях.

— На сегодняшний день речь идет о сухих криостатах с экстремально низкими температурами и высокой холодопроизводительностью. Такие установки используются в широкой области — от фундаментальных исследований до прикладных задач. Например, в нейроморфных вычислителях, астрономии, разнообразных сенсорных системах. Поэтому создание данного комплекса было крайне важным, — рассказал «Известиям» один из разработчиков, директор НОЦ «Функциональные Микро/Наносистемы» МГТУ имени Н.Э. Баумана и Всероссийского НИИ автоматики Илья Родионов.

По его словам, в рамках проекта созданы два комплекса: оптический субкельвиновый Yurta, достигающий температуры около 0,45 К, и растворительный криостат Yaranga, способный обеспечить температуры милликельвинов — порядка 0,01 К от абсолютного нуля. Названия установок связаны с традиционными жилищами северных народов России.

9 сентября в МГТУ им. Н.Э. Баумана состоялась презентация разработанных систем. Оборудование осмотрели первый вице-премьер Денис Мантуров и министр науки Валерий Фальков.

— Создание столь сложного высокотехнологичного продукта стало серьезным вызовом для нашей команды ученых и инженеров. Это важный этап для страны, который открывает основу для будущих исследований в области квантовых вычислений, расширяет возможности экспериментальной физики низких температур и поддерживает развитие отечественных технологий, — подчеркнул ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана Михаил Гордин.

Ранее подобное оборудование приобреталось за границей, что замедляло развитие отечественных квантовых технологий, отметили специалисты. Ныне эти преграды устранены. При этом новые системы спроектированы с применением современных решений в промышленном дизайне, что повышает их экспортный потенциал.

В рамках презентации также был запущен облачный доступ к отечественному гибридному квантово-классическому вычислителю, созданному на базе криостата Yaranga.

Разработчики отметили, что база вычислителя — компонентная платформа, спроектированная и изготовленная совместным исследовательским центром МГТУ и Всероссийского НИИ автоматики на основе отечественного сверхпроводникового квантового сопроцессора SnowDrop 4Q.

Это устройство позволяет выполнять квантовые алгоритмы с применением четырех кубитов, достигая точности 99,9% в однокубитных операциях и 99% — в двухкубитных.

— Мы долго шли к запуску открытого квантового вычислителя, начиная практически с нуля в 2015 году. Сегодня мы представляем комплексное решение на базе российской элементной базы, которое уже предоставляет разработчикам возможность моделировать собственные квантовые алгоритмы на реальном «квантовом железе» для решения различных тестовых задач. В дальнейшем мы продолжим увеличивать производительность наших квантовых сопроцессоров для практического применения вычислителей, — отметил научный руководитель Всероссийского НИИ автоматики Александр Андрияш.

Он уверен, что предоставление облачного доступа к вычислителю для ведущих научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий поможет расширить применение квантовых технологий среди широкой аудитории пользователей и ускорит создание прорывных разработок.