Исследовательская группа из Российского квантового центра, Университета МИСИС, Математического института имени Стеклова и Московского физико-технического института опубликовала теоретическую работу, способную изменить глобальную гонку квантовых вычислений. Учёные предложили архитектуру квантового процессора, основанного не на привычных ионах или сверхпроводниках, а на ультрахолодных полярных молекулах. Статья с изложением концепции вышла в престижном журнале Physical Review Research 27 мая 2026 года.
Ключевая инновация российских физиков заключается в переходе от традиционных кубитов (двоичных единиц информации, которые могут находиться в суперпозиции нуля и единицы) к так называемым кудитам — многоуровневым квантовым системам. Кудит способен хранить одновременно не два, а три, четыре или даже пять логических состояний. Это позволяет гораздо плотнее «упаковывать» информацию и естественным образом реализовывать более сложные квантовые алгоритмы, в которых обычные кубиты требуют громоздких последовательностей операций. Для сравнения: если кубитный компьютер для решения задачи должен перебрать множество комбинаций состояний, то кудитный делает это компактнее и с меньшим числом ошибок.
В качестве физической основы для кудитов авторы выбрали ультрахолодные полярные молекулы — в частности, фторид стронция и соединение натрия с цезием. Особенность этих молекул — наличие электрического дипольного момента, то есть асимметричного распределения заряда: одна часть молекулы несёт небольшой избыток положительного заряда, другая — отрицательного. Благодаря этому соседние молекулы эффективно взаимодействуют друг с другом на расстоянии, что абсолютно необходимо для выполнения квантовых операций. Информация кодируется во вращательных состояниях молекул — уровнях с разной энергией вращения.
Управление молекулами предполагается осуществлять с помощью оптических пинцетов — сфокусированных лазерных лучей, которые захватывают и перемещают отдельные молекулы. Когда две молекулы сближаются, их диполь-дипольное взаимодействие усиливается, что позволяет выполнить ключевую операцию — запутывание, после чего молекулы снова разводятся. Такой подход делает платформу пригодной для построения полноценных квантовых алгоритмов.
Расчёты показали, что время выполнения квантовых операций оказывается примерно в тысячу раз меньше времени когерентности — периода, в течение которого молекулы сохраняют нужное квантовое состояние. Этот огромный запас критически важен для будущих экспериментальных проверок, поскольку даёт физикам «окно», в котором можно успеть провести вычисления до того, как система потеряет квантовые свойства из-за взаимодействия с окружающей средой.
«Главный результат нашей работы состоит в том, что мы продемонстрировали потенциальную применимость полярных молекул не только в качестве отдельных носителей квантовой информации, но и как основу для масштабируемого кудитного процессора», — подчеркнул ключевой автор исследования, сотрудник научной группы «Теория многих тел» Российского квантового центра Солех Муминов. По оценке экспертов, если экспериментаторы подтвердят теоретические выкладки, полярные молекулы могут стать одной из ведущих платформ для создания мощных и устойчивых квантовых компьютеров уже в следующем десятилетии.
