Our website uses cookies to manage some features and to show you news and announces in selected language. By clicking on OK button, you accept the use of cookies.
Group of
Квантовые информационные технологии
Алексей Федоров
Научный руководитель
Group publications
About the Group
Мы изучаем сложные – многочастичные и взаимодействующие – квантовые системы в контексте квантовых технологий. В частности, мы исследуем новые архитектуры для квантовых вычислительных устройств на основе многоуровневых квантовых систем – кудитов. В рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям мы разрабатываем квантовые алгоритмы для решения прототипов прикладных задачи и программное обеспечение для квантовых процессоров
Группа занимается исследованием моделей квантовых вычислений, а также разработкой алгоритмов и программного обеспечения для квантовых вычислительных устройств. В рамках Дорожной карты группа занимается разработкой облачной платформы для доступа к квантовым процессорам.
Основная цель деятельности группы – исследовать вычислительные возможности квантовых устройств. Для этого ведутся работы на стыке квантовой физики, теории управления, машинного обучения и классической теории информации. Разработка новых квантовых алгоритмов, которую проводят учёные группы, – ключевой инструмент развития новых областей применения квантовых вычислений, среди которых в группе выделяют оптимизацию и квантово-химическое моделирование. Исследования в области квантовых алгоритмов для решения индустриальных задач ведутся в рамках проекта «КуБорд».
Ключевые направления деятельности группы связаны с разработкой новых методов управления квантовыми системами, анализом новых моделей квантовых вычислений и разработкой квантовых алгоритмов. Помимо этого, проводятся исследования в области квантовой теории информации и диагностики и управления многочастичными квантовыми системами. Исследователи ведут разработку и тестирование методов мониторинга и коррекции ошибок в квантовых системах, а также создают эмуляторы квантовых процессоров и квантово-вдохновленные алгоритмы.
Научный коллектив также ведёт исследования кудитов — многоуровневых квантовых систем, которые могут находиться в более чем двух состояниях. Кудиты позволяют «плотнее» кодировать данные, используя меньшее количество физических кубитов, что открывает новые возможности реализации более сложных и ресурсоемких квантовых алгоритмов.
Сегодня группа ведет активное научное взаимодействие с научными группами в РКЦ (группы Н. Колачевского, И. Семерикова, Г. Шляпникова, С. Страупе, А. Устинова, А. Кавокина, В. Макарова) и международными научными коллективами из Германии, Франции, Австрии и Китая.
ИЗБРАННЫЕ ИНТЕРВЬЮ
➣ Квантовый компьютер впервые совместили с машинным обучением
➣ Как кудиты меняют квантовые вычисления
➣ Самый большой в мире квантовый алгоритм на кудитах реализовали в России
➣ Алексей Федоров расскажет о квантовых вычислениях на марафоне «Знание. Наука»
Research Areas
- 1
Квантовая теория информации - 2
Разработка квантовых алгоритмов - 3
Квантовое машинное обучение - 4
Квантовые коды коррекции ошибок - 5
Диагностика и управление сложными квантовыми системами - 6
Разработка эмуляторов квантовых компьютеров - 7
Многоуровневые квантовые системы – кудиты
Members
Иван Дудинец Научный сотрудник
Денис Куликов Младший научный сотрудник
Борис Бантыш Старший научный сотрудник
Сальдивар Хулио Альберто Лопез Научный сотрудник
Анастасия Николаева Старший научный сотрудник
Дмитрий Татьянченко Младший научный сотрудник
Евгений Киктенко Главный научный сотрудник
Илья Дмитриев Младший научный сотрудник
Максим Гавреев Разработчик-исследователь
Глеб Салахов Младший научный сотрудник
Анатолий Антипов Программист-исследователь
Надежда Храпай Стажер-исследователь
Владимир Мазуренко Ведущий научный сотрудник
Константин Макушин Научный сотрудник
Даниил Багаев Младший научный сотрудник
Андрей Чернявский Старший научный сотрудник
Полина Полякова Стажер-исследователь
Илья Ковальчук Научный сотрудник
Анатолий Лотков Разработчик-исследователь
Юрий Богданов Главный научный сотрудник
Алина Марданова Младший научный сотрудник
Денис Курлов Научный сотрудник
Алена Мастюкова Разработчик-исследователь
Всеволод Яшин Младший научный сотрудник
Дарья Конина Менеджер проекта
Олег Сотников Младший научный сотрудник
Дмитрий Корляков Младший научный сотрудник
Илья Яковлев Младший научный сотрудник
Иван Маслаков Стажер-исследователь
Мария Кольченко Младший химик-программист
History
2015 Старт работы над системой постобработки для квантовых коммуникаций (в рамках группы «Квантовые коммуникации»)
Взаимодействие с группой «Теория многих тел» - исследование многочастичных систем с дипольным взаимодействием.
2016 Участие в первых испытаниях системы квантовых коммуникаций в Газпромбанке (в рамках группы «Квантовые коммуникации»)
2017 Первая в мире демонстрация экспериментальной реализации протокола квантово-защищенного блокчейна (совместно с группами «Квантовые коммуникации» и «Квантовая оптика»)
Старт разработки сетевого протокола квантовых коммуникаций
Алексей Федоров защищает диссертацию в Университете Париж-Юг (Париж Сакле).
2018 Начаты прикладные исследования в области постквантовых криптографических алгоритмов, которые сейчас развиваются спин-офф компанией «КуАпп» и прикладного программного обеспечения для квантовых компьютеров, которые продолжают развиваться в рамках проекта «КуБорд»
Публикация алгоритма исправления ошибок для систем квантового распределения ключей с рекордной эффективностью [Physl Rev. Applied 8, 044017 (2017); arXiv: 1612.03673]
Доклад об исследованиях квантово-защищенных алгоритмов в России на международной конференции ETSI в Пекине
Публикация обзора-комментария об угрозе квантового компьютера для блокчейн-технологий [Nature 563, 465 (2018)]
Участие в испытаниях системы квантовых коммуникаций в ПАО «Сбербанк» (совместно с группой «Квантовые коммуникации»)
2019 Алексей Федоров стал руководителем научной группы «Квантовые информационные технологии», а также одним из авторов Дорожной карты по квантовым технологиям
Алексей Федоров и Евгений Киктенко становятся руководителями проектов Российского научного фонда (грант Президентской программы для молодых ученых)
В результате разработки Дорожной карты по квантовым технологиям был опубликован обзор ландшафта квантовых технологий в России для специального выпуска журнала Quantum Science and Technology [Quantum Science and Technology 4, 040501 (2019)]
2020 Алексей Федоров возглавил проект ЛИЦ «Квантовые вычисления» (поддержан Фондом НТИ), в котором за 3 года была создана облачная платформа доступа к ионному квантовому компьютеру (разработан РКЦ и ФИАН им. П.Н. Лебедева) и квантовые алгоритмы для многоуровневых систем – кудитов. Проект ЛИЦ реализовался командами РКЦ, ФИАН им. П.Н. Лебедева, ФТИАН им. К.А. Валиева и Сколковского института науки и технологий
Совместно с группой «Квантовая оптика» предложен метод квантовой томографии, основанный на машинном обучении. Предложенный подход использован для квантово-оптических экспериментов [Optica 7, 448 (2020)]
Разработана система постобработки для сертифицированного квантового генератора случайных чисел с использованием «недоверенного» источника света (совместно с группой «Квантовые коммуникации» и группой I. Walmsley group в Oxford University) [Phys. Rev. X 10, 041048 (2020); arXiv: 1905.09665]
2022 В партнерстве с компанией Nissan группа реализовала первый в России коммерческий проект в области квантовой химии, в рамках которого были разработаны новые алгоритмы вариационного моделирования материалов для аккумуляторных батарей электромобилей. Также были реализованы совместные проекты с такими компаниями как Газпромбанк, Bosch, Сбер, ВК и т.д.
Предложена оптимальная схема для разложения многокубитных гейтов Тоффоли для сверхпроводниковых кутритов [Physical Review A 105, 032621 (2022); arXiv: 2112.14535]
Разработан эффективный квантовый алгоритм для химического моделирования, показано моделирование реакции окисления углерод [Communications Physics 5, 199 (2022); arXiv: 2108.11167]
Совместно с группой «теория многих тел» предсказан и описан эффект возникновения «временного кристалла света» [Physical Review Letters 129, 250401 (2022); arXiv: 2204.07533]
2023 Предложена схема для реализации класса кодов коррекции ошибок с использованием одной анциллы и круговой топологии связи кубитов [Physical Review A 107, 032403 (2023); arXiv: 2207.13356]
Совместно с группой П. Федичева (Сингапур) предложен гибридный квантово-классический алгоритм машинного обучения для генерации молекул, предсказано более 2000 новых соединений с потенциальными лекарственными свойствами [Scientific Reports 13, 8250 (2023); arXiv: 2108.11644]
Разработана система непрерывного мониторинга квантовых процессоров, позволяющая на основе ранее запущенных квантовых алгоритмов с высокой точностью делать оценки его параметров [Physical Review Applied 19, 014027 (2023); arXiv: 2205.06191]
Совместно с группой С. Страупе предложена схема для анализа экспериментальных данных, полученных при помощи бозонных сэмплеров, с помощью метрики Хэмминга [Phys. Rev. A 108, 062420 (2023); arXiv: 2305.10946]
Совместно с группами Н. Колачевского и И. Семерикова предложена и экспериментально реализована схема для защищенных оптических ионных кудитов 171Yb+ [Frontiers in Quantum Science and Technology 2, 1228208 (2023); arXiv: 2305.06071]
Анастасия Николаева защищает диссертацию на соискание степени кандидата физико-математических наук
2024 Протестирован запуск квантовых алгоритмов с использованием облачной платформы квантовых вычислений для ионных, атомных, фотонных и сверхпроводниковых квантовых процессоров
Предложена концепция классов сложности квантовых состояний [Phys. Usp. 67, 906 (2024)], использование которой может быть полезно для определения вычислительных возможностей квантовых компьютеров
Первое в России кроссплатформенное тестирование квантовых алгоритмов – моделирование систем с нарушением PT-симметрии с помощью ионного и сверхпроводникового квантовых процессоров [Physical Review A 109, 032619 (2024); arXiv: 2310.20432]
Предложен фрактальный анзац для решения многочастичных квантовых задач [Phys. Rev. Lett. 132, 050401 (2024)], например, для модели Швингера, который демонстрирует преимущества по сравнению с тензорными сетями
Публикация по итогам эксперимента со спутниковым квантовым распределением ключей между Россией и Китаем при учете несовпадения эффективности детекторов [Optics Express 32, 11964 (2024); arXiv: 2310.17476]
2025 Экспериментально (совместно с группой «Презеционные квантовые измерения» и ФИАН им. П.Н. Лебедева) продемонстрированы преимущества кудитов при реализации вентиля Тофолли – ключевых элементов квантовых алгоритмов [Physical Review Letters 135, 060601 (2025); arXiv: 2407.07758]
Обзор по использованию кудитов для квантовых вычислений опубликован в Review of Modern Physics [Review of Modern Physics 97, 021003 (2025); arXiv: 2311.12003]
Photos
Источник: Издательство Origami Books
