Двумерные материалы
приближают нас к персональным
квантовым смартфонам.
Сверхпроводящие кубиты, которые подобно транзисторам в классическом процессоре играют роль строительных блоков квантового компьютера, хоть и являются сегодня приоритетным направлением развития вычислительной техники, всё же уступают тем же транзисторам по многим показателям. Один из таких аспектов – размер, как бы банально это ни звучало. Это, кстати, одна из тех базовых причин, которые не позволяют вам купить квантовый смартфон – в таком виде устройство просто не сможет обеспечить равноценные вычислительные мощности, достаточные для обыденного применения.
«Прямо сейчас у нас может быть 50 или 100 кубитов в устройстве, но для практического использования в будущем нам потребуются тысячи или миллионы кубитов в устройстве. Поэтому очень важно уменьшить размер конструкции каждого отдельного кубита и в то же время избежать нежелательных перекрёстных помех между этими сотнями тысяч кубитов», – говорит один из ведущих авторов исследования Джоэл Ван, научный сотрудник группы инженерных квантовых систем Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института.
Для создания сверхпроводящих кубитов применили сверхтонкие материалы. В частности – гексагональный нитрид бора (hBN).
Исследователи предположили, что, будучи членом семейства ван-дер-ваальсовых материалов, известных двумерностью своей структуры, hBN окажется хорошим кандидатом для создания конденсатора. Во-первых, этот на самом деле уникальный материал может быть утончён до одного слоя атомов, который бы не только имел кристаллическую структуру, но и не содержал дефектов. Во-вторых, после истончения его можно складывать в нужные конфигурации.
Да, этот материал, состоящий всего из нескольких монослоёв атомов, может быть просто сложен в несколько раз, как бумажный лист, для формирования изолятора в конденсаторах на сверхпроводящем кубите. В то же время этот «бездефектный бор» позволяет применять конденсаторы, намного меньше аналогов, обычно используемых в кубите, что уменьшает общую площадь последнего без значительного ущерба для производительности. Кроме того, расчёты показывают, что структура этих меньших ёмкостей должна значительно уменьшить перекрёстные помехи, возникающие из-за непреднамеренного влияния одного кубита на окружающих собратьев, поскольку сами такие конденсаторы содержат более 90 процентов электрического поля между верхней и нижней пластинами.
И ещё одно достоинство в том, что новый кубит получился примерно в 100 раз меньше, чем тот, что был сделан традиционными методами на том же чипе, а время его когерентности (или время жизни кубита) всего на несколько микросекунд короче. И всё благодаря новой конструкции.
Вероятно, этот прогресс окажет немалое влияние на производительность квантовых компьютеров и позволит вести разработку квантовых устройств меньшего размера. Но команда продолжит поиски решений по улучшению производительности кубитов за счёт точной настройки процесса изготовления его компонентов или даже создания всего кубита из 2D-материалов.
По материалам АРМК.