История создания квантового компьютера началась в конце 2001 года, когда американская фирма IBM заявила об успешном тестировании 7-кубитного квантового компьютера, реализованного с помощью ядерного магнитного резонанса. На нём был исполнен алгоритм Шора и были найдены сомножители числа 15.
В 2005 году группой Ю. Пашкина (кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории сверхпроводимости (Москва) при помощи японских специалистов был построен двухкубитный квантовый процессор на сверхпроводящих элементах.
В ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий (США) впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубитов.
В феврале 2012 года компания IBM сообщила о достижении значительного прогресса в физической реализации квантовых вычислений с использованием сверхпроводящих кубитов, соединённых с кремниевыми микросхемами, что, по мнению компании, позволит начать работы по созданию квантового компьютера.
В апреле 2012 года группе исследователей из Южно-Калифорнийского университета, Технологического университета Дельфта, университета штата Айова и Калифорнийского университета (Санта-Барбара), удалось построить двухкубитный квантовый компьютер на кристалле алмаза с примесями.
Компьютер функционирует при комнатной температуре и теоретически является масштабируемым.
В качестве двух логических кубитов использовались направления спина электрона и ядра азота, соответственно.
Для обеспечения защиты от влияния декогерентности была разработана целая система, которая формировала импульс микроволнового излучения определённой длительности и формы. При помощи этого компьютера реализован алгоритм Гровера для четырёх вариантов перебора, что позволило получить правильный ответ с первой попытки в 95 % случаев.
В июле 2017 года группа физиков под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарвардского университета, создала программируемый 51-кубитный квантовый симулятор. Это самая сложная подобная система из существовавших на тот момент.
Авторы проверили работоспособность симулятора моделированием сложной системы из множества частиц — это позволило физикам предсказать некоторые ранее неизвестные эффекты.
Примерно в это же время другая группа учёных из университета Мэриленд под руководством Кристофера Монро создала 53-кубитный симулятор, основанный на ионах в оптической ловушке. Однако обе эти системы не являются универсальным компьютером, а созданы для решения одной задачи.
В ноябре 2017 года учёные IBM успешно построили и испытали прототип процессора с 50 кубитами.
В январе 2018 года исполнительный директор компании Intel Брайан Кржанич сообщил о создании сверхпроводящей квантовой микросхемы под кодовым именем "Tangle Lake", обладающей 49 кубитами.
По его прогнозу, квантовые компьютеры помогут в создании лекарств, финансовом моделировании и составлении прогнозов погоды.
Intel ведёт разработки квантовых компьютеров по двум направлениям: создание устройств на сверхпроводниках и кремниевых микросхемах со "спиновыми кубитами".
В марте 2018 года компания Google объявила, что ей удалось построить 72-кубитный квантовый процессор Bristlecone, имеющий низкую вероятность ошибок в вычислениях.
Компания не раскрыла подробных характеристик устройства, однако утверждает, что оно позволяет достичь "квантового превосходства". Согласно специалистам Google, для того, чтобы квантовый компьютер мог решать задачи, недоступные для "обычных" компьютеров, требуется соблюдение следующих условий:
в его состав должно входить не менее 49 кубитов, "глубина" (англ. circuit depth) должна превышать 40 кубитов, а вероятность ошибки в двухкубитном логическом элементе должна быть не выше 0,5%. Представители компании выразили надежду, что в будущем они смогут достигнуть этих показателей.
В декабре 2018 года сообщено о разработке оптического микрочипа, который в будущем запланировано использовать в качестве составной части квантового компьютера.
В январе 2019 года компания IBM представила первый в мире коммерческий квантовый компьютер IBM Q System One.
В октябре 2019 года компания Google объявила, что ей удалось построить 53-кубитный сверхпроводящий квантовый процессор Sycamore и продемонстрировать "квантовое превосходство" над обычными компьютерами.
В декабре 2020 года исследователи из Научно-технического университета Китая опубликовали статью, в которой утверждается, что их квантовый компьютер Цзючжан смог достичь квантового превосходства. Ему всего за несколько минут удалось провести операцию, которая традиционным способом решалась бы около двух миллиардов лет.
Компьютер работает на основе оптических квантовых вычислителей (кубиты базируются на фотонах) с применением "бозонного семплинга".
Прототип квантового компьютера "Цзючжан-2.0" (Сайт Китайской академии наук).
В 2021 году группы китайских учёных под руководством Пань Цзяньвэя создали два прототипа квантовых компьютеров:
- сверхпроводящий квантовый процессор "Цзу Чунчжи 2.1" с 66 кубитами;
- квантовый компьютер "Цзючжан-2.0" со 113 обнаруженными фотонами (кубитами), решающий задачу отбора проб гауссовых бозонов в септиллион раз быстрее самых производительных суперкомпьютеров.
В конце 2021 года компания IBM представила свой новый квантовый процессор на сверхпроводящих кубитах, получивший название Eagle ("Орёл"), который является частью программы по созданию супербыстрых компьютеров. У нового чипа 127 кубитов, что в два раза превышает предыдущие квантовые процессоры IBM.
В ноябре 2022 года компания IBM представила свой новый квантовый процессор Osprey c 433 кубитами, который будет использовать компьютер IBM Quantum System Two.
В России в 2024 году создали первый 50-кубитный компьютер и планируют создать в 2025 году 75-кубитный компьютер и несколько 50 кубитных компьютеров.
6 января 2024 года в городе Хэфэй введён в эксплуатацию китайский квантовый компьютер на сверхпроводниках третьего поколения "Бэньюань Укун" (кит. упр. 本源悟空) со 198 кубитами (72 рабочих и 126 связанных), 10 апреля 2024 года на нём установлена первая китайская защитная система постквантовой криптографии, а 25 октября 2024 года осуществлено самое крупномасштабное в мире гидродинамическое моделирование, результаты которого опубликованы в международном научном журнале.
19 февраля 2025 года Microsoft представила новый квантовый чип Majorana 1, в котором, вместо традиционных сверхпроводящих кубитов, используется новый тип материала, называемый топопроводником.
Это может стать значительным достижением в области квантовых вычислений, и по заявлениям Microsoft, позволит разработать практический квантовый компьютер не за десятилетия, как считалось ранее, а всего за несколько лет.
И вот в марте 2025 года пришло сообщение, что на Тайване удалось создать компактный квантовый компьютер.
Исследователи пишут, что в неустанном стремлении к квантовому вычислительному преимуществу мы представляем значительный прогресс с разработкой Zuchongzhi 3.0.
Этот сверхпроводящий прототип квантового компьютера, включающий 105 кубитов, достигает высокой операционной точности с однокубитными вентилями, двухкубитными вентилями и точностью считывания на уровне 99,90%, 99,62% и 99,13% соответственно.
Наши эксперименты с 83-кубитной, 32-цикловой случайной выборкой схемы на Zuchongzhi 3.0 подчеркивают его превосходную производительность, достигая 1×106 выборок всего за несколько сотен секунд. Эта задача, по оценкам, невыполнима на самых мощных классических суперкомпьютерах Frontier, которым потребовалось бы приблизительно 5,9×109 лет для ее воспроизведения.
Этот скачок в вычислительной мощности ставит классическую стоимость моделирования на 6 порядков выше экспериментов Google SYC-67 и SYC-70, прочно устанавливая новый стандарт квантового вычислительного преимущества. Наша работа не только расширяет границы квантовых вычислений, но и закладывает основу для новой эры, в которой квантовые процессоры играют важную роль в решении сложных задач реального мира.
