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
Евгений Киктенко
Научный руководитель
Group publications
About the Group
Мы разрабатываем квантовые алгоритмы и теоретические методы их эффективной реализации на существующих и перспективных физических платформах. В круг задач группы входят алгоритмы для решения прототипов прикладных задач, методы транспиляции квантовых схем, алгоритмы для характеризации квантовых устройств, а также методы подавления и коррекции ошибок.
Одна из центральных задач группы – понять, какие вычислительные возможности могут дать квантовые устройства и как наиболее эффективно использовать доступные аппаратные ресурсы. Поэтому наши исследования охватывают весь путь от разработки алгоритмических идей до их адаптации к конкретным архитектурам и экспериментальной проверки на квантовых процессорах.
В области квантовых алгоритмов группа разрабатывает методы для дискретной оптимизации, квантового машинного обучения, моделирования химических и физических систем, а также исследует современные алгоритмические конструкции, включая квантовое преобразование сингулярных значений. Одним из развиваемых подходов является алгоритм квантовой приближенной оптимизации с фиксированными параметрами (fixed-point QAOA), позволяющий вынести оптимизацию параметров из цикла выполнения задачи на квантовом процессоре и использовать заранее обученные параметры для решения новых экземпляров задач.
Значительная часть исследований посвящена многоуровневым квантовым системам – кудитам и другим альтернативным моделям квантовых вычислений. Группа исследует способы использования дополнительных уровней физических квантовых систем для сокращения ресурсов квантовых схем, разрабатывает методы транспиляции для кудитных процессоров и новые архитектуры квантовых вычислений. В частности, совместно с экспериментальными и теоретическими группами изучаются кудитные процессоры на ионах и полярных молекулах, а также фотонные вычислительные архитектуры.
Отдельное направление связано с подавлением и коррекцией квантовых ошибок. Здесь разрабатываются как методы, ориентированные на повышение точности вычислений на современных шумных квантовых процессорах, так и подходы, необходимые для перехода к отказоустойчивым квантовым вычислениям. Исследуются методы подавления ошибок, квантовые коды коррекции ошибок, кудитные схемы коррекции, алгоритмы декодирования синдромов квантовых кодов и использование высокопроизводительных классических вычислений для обработки результатов квантовых экспериментов. Ряд разработанных подходов проходит экспериментальное тестирование на действующих квантовых процессорах.
Группа также занимается фундаментальными вопросами квантовой теории информации. В частности, исследуются квазвероятностные и псевдостохастические представления квантовых процессов, квантовая причинность и процессы с нетривиальной временной структурой, а также возможности и ограничения классического описания квантовых информационных процессов. Эти исследования помогают лучше понять, какие свойства квантовых вычислений действительно являются неклассическими и какие классы квантовых процессов допускают эффективное классическое описание.
Важной особенностью работы группы является тесное взаимодействие с экспериментальными коллективами. Теоретические методы и алгоритмы разрабатываются с учетом возможностей конкретных физических платформ и, где это возможно, проходят экспериментальную проверку. В частности, группа сотрудничает с коллективами, работающими с ионными, фотонными и сверхпроводниковыми квантовыми платформами. Существенная часть исследований выполняется в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям, где группа отвечает прежде всего за разработку квантовых алгоритмов, методов характеризации, а также методов подавления и коррекции ошибок.
Research Areas
- 1
Квантовые алгоритмы - 2
Кудитные квантовые вычисления и альтернативные модели квантовых вычислений - 3
Подавление и коррекция квантовых ошибок - 4
Фундаментальные вопросы квантовой теории информации
Members
Иван Дудинец К.ф-м.н., Научный сотрудник
Денис Куликов Младший научный сотрудник
Сальдивар Хулио Альберто Лопез Научный сотрудник
Анастасия Николаева К.ф.-м.н., Старший научный сотрудник
Дмитрий Татьянченко Младший научный сотрудник
Евгений Киктенко К.ф-м.н., Главный научный сотрудник
Игорь Ермаков К.ф.-м.н., 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 Д.ф-м.н., Ведущий научный сотрудник
Константин Макушин Научный сотрудник
Даниил Багаев Младший научный сотрудник
Андрей Чернявский К.ф.-м.н., Старший научный сотрудник
Полина Полякова Стажер-исследователь
Илья Ковальчук Научный сотрудник
Анатолий Лотков Разработчик-исследователь
Юрий Богданов Д.ф-м.н., Главный научный сотрудник
Алина Марданова Младший научный сотрудник
Денис Курлов К.ф-м.н., Научный сотрудник
Алена Мастюкова Разработчик-исследователь
Всеволод Яшин Младший научный сотрудник
Дарья Конина К.б.н., Научный сотрудник
Олег Сотников Младший научный сотрудник
Дмитрий Корляков Младший научный сотрудник
Илья Яковлев Младший научный сотрудник
Иван Маслаков Стажер-исследователь
Мария Кольченко Младший химик-программист
Артем Савостиков Стажер-исследователь
Айдар Сайфуллин Ведущий научный сотрудник
Илья Бения Младший аналитик
Борис Бантыш К.ф-м.н., Старший научный сотрудник
Денис Дрожжин Разработчик
Анна Самонина Координатор
Лора Никулина Младший аналитик
Иван Семенов Стажер-исследователь
Максим Семенов Младший менеджер проектов
Михаил Позняк Младший разработчик
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»)
Евгений Киктенко защищает диссертацию на соискание степени кандидата физико-математических наук.
2017 Первая в мире демонстрация экспериментальной реализации протокола квантово-защищенного блокчейна (совместно с группами «Квантовые коммуникации» и «Квантовая оптика») [Quantum Sci. Technol. 3, 035004 (2018); arXiv: 1705.09258]
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]
2026 Алексей Федоров вступает в должность генерального директора РКЦ, руководителем группы становится Евгений Киктенко.
Максим Гавреев и Алена Мастюкова защищают диссертацию на соискание степени кандидата физико-математических наук.
Показано, что для fixed-point QAOA число запусков квантовой схемы, необходимое для получения приближённого решения заданного качества, может оставаться практически постоянным с ростом размера задачи [Physical Review A 114, 032405 (2026); arXiv: 2509.19035].
Photos
Источник: Издательство Origami Books
