Сегодня специалисты исследовательской лаборатории оптики спина имени И. Н. Уральцева СПбГУ под руководством профессора Алексея Витальевича Кавокина решают практические задачи, связанные с созданием суперпроизводительных устройств для квантовых вычислений.

Им уже удалось представить 4-кубитный квантовый компьютер на фотонных чипах и поляритонные нейроны, умеющие распознавать рукописные цифры и голосовые команды, которые станут основой для сверхбыстрых нейросетей нового поколения.

Квантовые компьютеры, в создании которых сегодня соревнуются специалисты по всему миру, способны произвести революцию в самых разных сферах жизни человека: от быстрого создания новых вакцин до более эффективной добычи полезных ископаемых. Однако, отмечает Алексей Кавокин, технологию также называют атомной бомбой XXI века, ведь ее безграничные возможности могут использовать хакеры для небывалых по своей мощи кибератак, поэтому необходимо также развивать технологии квантовой криптографии — защиты информации.

Один из самых важных процессов в такого рода устройствах — это управление потоком фотонов (элементарных частиц света), ведь именно они считаются лучшими претендентами на роль «передатчиков» информации в квантовых компьютерах. Ученым СПбГУ удалось создать поляритонный оптический поляризатор, который делает из света произвольной поляризации свет заданной поляризации, то есть организует световые волны таким образом, чтобы они вибрировали в заданном направлении.

Такое решение дает возможность быстро управлять фотонами, например, в оптоволоконных интернет-кабелях, что позволяет во много раз повысить их пропускную способность — это особенно важно для устройств искусственного интеллекта, где все построено на очень быстром обмене информацией. К тому же размер поляризатора составляет всего несколько микрон — миллионные доли метра, а значит, толстые оптоволоконные кабели можно будет заменить на структуры в тысячи раз миниатюрнее, заметно уменьшив габариты самих квантовых устройств.

Это открытие стало возможным благодаря прорывным теоретическим работам Алексея Кавокина и его коллег: еще в 2003 году они предсказали существование бозе-эйнштейновской конденсации при комнатной температуре — эффекта, позволившего создать поляритонный лазер, который в свою очередь помог создать кубиты — элементарные носители квантовой информации (аналоги битов в квантовом мире).

Вычисления с ними можно также производить при комнатной температуре, тогда как коллегам из Google и IBM в подобных разработках для сохранения эффекта сверхпроводимости приходится использовать дорогие криостаты — резервуары с жидким азотом или сжатым гелием, внутри которых квантовые процессоры охлаждаются до температуры ниже −270 °С.

Сегодня работа физиков СПбГУ ведется в рамках дорожной карты высокотехнологичной области «Квантовые вычисления» (национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации»), координатором которой выступает госкорпорация «Росатом».