Цифровой квантовый симулятор – это устройство для выполнения специализированных квантовых алгоритмов для решения задач моделирования квантовых систем и широкого круга оптимизационных задач.

В основе одного из прототипов квантового симулятора, разрабатываемого в ЦКТ МГУ, лежит квантовый регистр из одиночных атомов рубидия, захваченных в массив оптических пинцетов. Эта технология позволяет создавать двумерные массивы атомов с контролируемым взаимодействием, которые можно использовать в качестве физических кубитов в квантовом симуляторе.

Твердотельный одноатомный одноэлектронный транзистор изготавливается на поверхности монокристаллической подложки полупроводника или диэлектрика, в приповерхностный слой которой предварительно имплантированы одиночные примесные атомы. Электроды стока и истока размещаются на поверхности кристалла таким образом, чтобы было возможно одиночное туннелирование электронов между электродами стока и истока и примесным атомом, который является рабочим зарядовым центром.

Многоканальные перепрограммируемые интерферометры находят применения в новых подходах к обработке информации, как классической, так и квантовой. До недавнего времени, перепрограммируемые интерферометры создавались с использованием архитектур (способов объединения элементарных блоков друг с другом), которые чувствительны к ошибкам, возникающим на этапе их изготовления.

В основе линейно-оптического квантового симулятора лежит кодирование информации в квантовые состояния одиночных фотонов. Многофотонные состояния затем преобразуются с помощью программируемого линейного оптического интерферометра и детектируются на выходе с помощью счётчиков одиночных фотонов. Размерность пространства логических состояний в такой системе может быть очень большой, что позволяет реализовать вычислительное превосходство над классическими компьютерами в ряде задач.