Квантовые вычисления - это перспективная технология, основанная на принципах квантовой механики. Основная мотивация - превзойти современные классические алгоритмы и достичь так называемого квантового превосходства. Мы рассматривем вариационные квантовые алгоритмы для решения линейных систем дифференцильных уравнений. Суть таких алгоритмов заключается в сочетании классической минимизации для некоторых объективных функций, значения которых находятся с помощью квантового компьютера.

Сегодня основным подходом к масштабированию квантовых компьютеров на основе холодных ионов является использование Quantum Charge-Coupled Device (QCCD) архитектуры. Для эффективной реализации такой архитектуры необходимо использование технологий по производству микроэлектроники для ионных ловушек.  В работе рассматривается проектирование двухслойной линейной ловушки Пауля и оптимизация ее параметров.

В разработке технологии КРК аналитическая модель устройств необходима для анализа возможных атак, предсказания скорости выработки секретного ключа, определения допустимых конфигураций устройств и оптимизации протокола и устройств КРК. В данной работе мы фокусируемся на последней задаче, стараясь максимизировать достижимые скорость секртного ключа и расстояние его распределения, повышая точность аналитическй модели устройств КРК на примере протокола независимым центральным узлом.

The problem of classical simulation of quantum system dynamics is very important for
understanding of the possible advantage of quantum devices over the classical ones. One of the methods of this simulation is Monte Carlo sampling. However, its complexity depends on the amount of negativity in quasiprobability representation. In current work two methods of negativity minimization are compared. Namely, gate merging and frame dimension increasing.

Генерация квантовых негауссовых состояний света - крайне актуальная задача, поскольку такие состояния необходимы для реализации универсальных вычислений в непрерывных переменных и многих других квантово-информационных протоколов. На данный момент схемы с измерениями это единственный способ получать достаточно большую величину негауссовости в оптике. Целью нашего исследования было - сравнить характеристики получаемых состояний в различных схемах. 

Многокубитный вентиль Тоффоли - важный элемент обратимых квантовых схем, который можно представить в виде последовательности универсальных квантовых операций. В качестве метрики качества такого представления предлагается использовать количество двухкубитных вентилей CNOT. В данной работе описан метод разложения гейта Тоффоли, использующий вспомогательные кубиты разных типов. 

В данной работе предсказано и обнаружено существование поверхностных мод Дьяконова в системе двух одноосных анизотропных кольцевых резонаторов с оптическими осями, образующими угол 90°. Также для данного излучения были исследованы моды высших порядков и характер поляризации. 

Практические реализации протоколов квантового распределения ключей часто страдают от различных неидеальностей приемного и передающего оборудования. Одной из таких неидеальностей является эффект обратной вспышки, возникающий в лавинных фотодетекторах. В данной работе предложена модификация протокола BB84 на основе обманных состояний с учетом эффекта обратной вспышки.

Бинарное (да/нет) детектирование фазового сдвига заданной величины является одной стандартных задач интерферометрии. В нашей работе  мы рассматриваем схему такого детектирования, использующую неклассическое состояние света типа "кот Шредингера", интерферометр Маха-Цандера и счетный (измеряющего число приходящих квантов) фотодетектор. С учетом достигнутой к настоящему времени значений квантовой эффективности таких детекторов, рассмотренная схема выглядит реализуемой в эксперименте.

На сегодняшний день сверхпроводниковые кубиты являются одной из наиболее успешных и активно развивающихся платформ для квантовых вычислений. В последнее время наблюдается также активный рост исследований, связанных с реализацией тернарной логики на сверхпроводниковых квантовых цепях. В данной работе представлена реализация сверхпроводникового кутрита на основе трансмона, описаны методы его контроля и считывания.

Системы квантового распределения ключа успешно вышли на коммерческий рынок как готовый продукт. Из-за своих габаритов и иных недостатков использование существующих систем требовательно к инфраструктуре. Способ пассивного приготовления состояний позволяет избавиться от большинства возникающих при этом сложностей. Для схемы пассивного приготовления состояний было промоделировано измерение состояний на быстром поляриметре с учетом неидеальностей приготовления.

В работе предлагается общий метод сведения доказательства секретности дискретных протоколов КРК на основе когерентных и им подобных состояний к доказательству секретности протоколов на одиночных фотонах или иных типах состояний, более простых в общем анализе.  

В данной работе мы исследуем устойчивость неклассичности квантовых состояний к потерям. В качестве параметра для измерения неклассичности берётся объём негативной части функции Вигнера. В работе представлен общий подход, доказывающий, что при энергетических потерях равных в точности половине пропадает негативность. Рассмотрены так же зависимости негативности для некоторых типичных в квантовой оптике состояний.

We consider a superfluid transition in two-component dipolar Fermi gases in a 2D lattice with a weak on-site disorder. We find that in a sufficiently deep lattice and in the low momentum limit superfluid properties can be considered in the same way as in free space replacing the mass of atoms by an effective mass in the lattice. The disorder-induced increase of the critical temperature can be significantly more pronounced than in free space.

Квантовые вычислительные устройства считаются средством решения задачи факторизации, которая лежит в основе многих криптографических инструментов. Реализация алгоритма квантовой факторизации требует значительных ресурсов. В недавней работе заявляется о возможности решения задачи факторизации с помощью сублинейных квантовых ресурсов. В нашей работе мы тестируем работоспособность предложенного метода, показываем отсутствие в этом предложении систематического анализа вычислительной сложности.

QASMC предлагает функционал, схожий с существующими фреймфорками для работы с квантовыми вычислениями. При этом позволяет разрабатывать и добавлять поддержку новых аппаратных решений для транспиляции OpenQASM с учетом доступного нативного набора квантовых операций. Также, QASMC предоставляет возможность вывода транспилированных цепочек в любом другом промежуточном представлении, доступном для конкретного аппаратного решения.

Ограничением выполнения сложных квантовых алгоритмов является распад суперпозиционного состояния. В данной работе проводится измерение характерных времён декогеренции $${T}_{1}$$ и $${T}_{2}$$ кубита-трансмона, возбужденного $$\mathrm{\pi }$$- и $$\mathrm{\pi }$$/2-импульсом на частоте однофотонного перехода, с последующей оценкой добротности по каналу декогеренции, отвечающему за обмен энергией с окружающей средой.

A lot of correlated systems, such as a non–standard superconductors, spin liquids, Fermi atoms in optical lattice and etc. can be, to some extent, described via the Hubbard model. While numerous examples of using this model in stationary cases exist, there are no clear examples of its use in dynamics. In our work we propose the scheme of fluctuating local field approach in non-stationary case, as applied to the Hubbard model.

Разработана теоретическая модель эффекта четырехволнового смешение в системе “лазерный диод-оптический микрорезонатор” и проведено численное моделирование этого эффекта. Эффект исследован для широкого диапазона параметров исследуемой системы, таких как фаза затягивания, коэффициент связи выходного луча, характеристики лазерного диода. Результаты, полученные при моделировании, сопоставлены с экспериментальными данными.  

В современной физике сильно коррелированных сред центральную роль занимает изучение модели Хаббарда. Несмотря на это, в настоящий момент не существует аналитического метода решения этой задачи.

В данной работе мы развиваем метод флуктуирующего локального поля применительно к изучению модели Хаббарда. Точность получаемых значений как для одночастичных, так и для коллективных наблюдаемых оказывается сопостовавимой с результатами численного моделирования с помощью метдов Монте-Карло.

Квантовые алгоритмы стали многообещающим средством решения сложных вычислительных задач, недоступных классическим компьютерам. Использование принципов квантовой механики позволяет находить решения с экспоненциально большей скоростью для определенного спектра задач. Одним из перспективных направлений выступает квантовое машинное обучение. В данной работе представлена новая реализация алгоритма поиска градиента функции потерь квантовой нейронной сети.

Применение машинного обучения к получению конденсата Бозе-Эйнштейна атомов тулия позволило выдвинуть гипотезу о влиянии трёх-частичных столкновений на ограничение количества атомов в конденсате и преодолеть это ограничение, используя измеренный ранее спектр резонансов Фано-Фешбаха.

We perform a two-qubit entanglement operation on two 40Ca+ ions confined in the Paul trap with fidelity of 91.7% and gate duration of 69μs. Then we analyze the system with Ramsey experiments and characterize sources of decoherence. 

Представлены результаты численного моделирования системы связанных оптических кубично-нелинейных кольцевых микрорезонаторов, возбуждаемых двухчастотной накачкой. Показывается, что такая система является перспективной платформой для решения задач бинарной комбинаторной оптимизации за счет возникновения фазовой бистабильности в системе за счет процесса вырожденного четырехволнового смешения. Проводится анализ устойчивости системы к шумам различной природы.

В работе представлена архитектура квантовой сверточной сети, вдохновленная классическим аналогом. Важной частью является сохранение не только всех математических свойств, присущих данной архитектуре, но и повторение результатов, демонтрируемых классической сетью.

One of the common ways to implement a two-qubit entangling operation in trapped ions quantum computers is the Molmer-Sorensen gate. To realize the MS gate, high-order Lamb-Dicke terms are neglected in the Hamiltonian. However, the error occurs due to this assumption. In order to estimate it the perturbation theory (Dyson series) was applied and the second order corrections have been calculated and compared with the numerical simulation.

We present a Python package for analysis of ion crystals in arbitrarily shaped surface ion traps (SET). The key features are: molecular dynamics simulation of ion motion in the trap, including ion shuttling, stability analysis of ion isotopes, calculation of harmonic normal modes of oscillations, as well as anharmonic frequency shifts in these modes, for an arbitrary crystal and spectral configuration. The significance of the research lies in the ability to enhance the designing process of SETs.

В данной работе получается аналитическая формула для скорости генерации ключа в случае квантового распределения ключей (КРК) с пассивным выбором базиса, и учётом разбаланса детекторов. Смоделирован один пролёт с использованием полуэмпирической модели КРК «спутник-земля», и реальных параметров установки. По полученным данным рассчитывается ключ, полученный за один пролёт.

Создание надёжного квантового процессора является важной задачей квантовых технологий. Шумы в такой системе разрушают состояние кубита и неизбежно ведут к потери точности гейтов. Поэтому необходимо понимать физические механизмы, приводящие к фазовым и амплитудным ошибкам. Один из способов исследования декогеренции – измерение спектральной плотности шума. В данной работе получена спектральная плотность шума кубита-флаксониума с помощью метода блокировки спина во время управляемой эволюции.

Сверхпроводниковые кубиты в настоящий момент являются одной из лидирующих платформ в области квантовых вычислений. Блохниум (квазизарядовый кубит) - один из интересных представителей многообразия сверхпроводниковых кубитов. Цель данной работы - реализовать блохниум в планарной архитектуре. 

При работе с многомерными системами (кудитами) используются дополнительные уровни энергии, что может значительно влиять на количество требуемых элементов квантового процессора для выполнения алгоритмов. Целью настоящей работы является анализ квантовых вычислительных ресурсов при реализации таких алгоритмов, как QFT и алгоритм Гровера на кудитах. В ходе работы было проведено моделирование алгоритмов и сравнение количества однокудитных и двухкудитных операций в зависимости от размерности кудита.

В настоящее время квантовые информационные процессоры интенсивно исследуются, поскольку от них ожидается прорыв в области высокопроизводительных вычислений. Для развития этой области технологий необходимы эффективная оценка и сравнение производительности этих устройств. В данном исследовании предлагается сравнение подходов на основе случайного тестирования (randomized benchmarking) и на основе определения меры декогерентности D.

Конформная теория поля - незаменимый инструмент в изучении фазовых переходов II рода в закрытых квантовых системах - с недавних пор стала интересна в контексте фазовых переходов в открытых Марковских системах. Для разработки аналогичного формализма необходимо понять, как в диссипативном случае строить представления алгебр симметрии. В этой работе мы используем процедуру третичного квантования для упрощения вычислений и реализуем представления алгебр so(3) и sl(2,R), a так же алгебру Вирасоро

При управлении кубитом с помощью импульсов конечной длительности возникают утечки населённости из вычислительного подпространства кубита в его второе возбуждённое состояние. В работе предложен и реализован метод измерения утечек, основанный на считывании населённостей основного и первого возбуждённого состояний кубита. Результат измерения сравнивается с численной симуляцией в трёхуровневой модели с релаксацией. Методом перекрёстно-энтропийного тестирования определяется точность вентилей.

В этой работе предлагается новый метод фазово-временного кодирования с помощью оптической инжекции, который позволяет отказаться от использования фазовых модуляторов в установке КРК, что может уменьшить стоимость и габариты передатчика.