Команда исследователей из МГТУ имени Баумана и нанотехнологического центра «Шухов.Нано», совместно с ВНИИА имени Духова, сделала важный прорыв в области квантовых вычислений. Они разработали метод, позволяющий создавать элементы квантовых процессоров с точностью до субангстрема — это менее 0,1 нанометра, то есть в пять раз меньше диаметра атома водорода.
Результаты этой работы уже опубликованы в авторитетном международном журнале Science Advances, а сама технология получила российский патент и сейчас проходит международное патентование.
Что значит «субангстремная» точность и почему это важно?
Один ангстрем равен 0,1 нанометра, то есть невероятно маленькой величине, близкой к размеру атома. Российские учёные смогли контролировать толщину и свойства ключевых элементов квантового процессора с точностью ±0,2 ангстрема — это значит, что их метод позволяет «шлифовать» материалы практически на уровне отдельных атомов.
Для квантовых компьютеров это особенно важно, потому что они основаны на кубитах — сверхпроводящих искусственных атомах, чья работа очень чувствительна к любым отклонениям. Даже малейшее изменение параметров приводит к ошибкам и потере данных. Новая технология позволяет настраивать кубиты с такой точностью, что число годных элементов достигает 99%, что значительно лучше мировых аналогов.
Как работает технология iDEA?
В основе метода лежит обработка специальных материалов с помощью ионных пучков гелия или неона. Эти ионы направленно воздействуют на материал, изменяя свойства слоев толщиной в доли ангстрема. Процесс занимает всего одну секунду на каждый кубит и полностью автоматизирован. Благодаря этому удаётся добиться стабильной работы кубитов с отклонением от заданной частоты не более 0,35%.
Google сломала квантовую физику
Для сравнения, существующие зарубежные технологии, например у IBM или Rigetti, требуют в десятки и сотни раз больше времени и не дают такой точности, часто повреждая соседние элементы. Российский метод iDEA быстрее, точнее и щадяще воздействует на микроструктуры, что делает его идеальным для масштабирования квантовых процессоров.
Почему это меняет мир вычислительной техники
Разработанная технология не только улучшает качество квантовых процессоров, но и открывает возможность создавать чипы с тысячами кубитов — первый шаг к настоящим квантовым суперкомпьютерам. Такие устройства смогут решать задачи, недоступные для классических машин: от разработки новых лекарств и материалов до сложных симуляций физических процессов и космических исследований.
Кроме того, метод iDEA пригодится и для создания других перспективных микрочипов — транзисторов, мемристоров и магнитных скирмионов, которые лежат в основе систем искусственного интеллекта и новых архитектур вычислительной техники. Таким образом, российские технологии могут стать ключом к преодолению ограничений классических кремниевых процессоров.
Дальнейшие планы
Учёные из МГТУ и ВНИИА планируют развивать многокубитные системы и квантовые симуляторы — устройства, способные моделировать сложные физические явления. Они уверены, что с помощью новой технологии Россия сможет занять лидирующую позицию в международной квантовой гонке.
По словам одного из разработчиков, Ильи Родионова: «Раньше только природа могла создавать одинаковые атомы, теперь это под силу человеку». Этот прорыв приближает нас к эре квантовых компьютеров, которые смогут делать то, что сегодня кажется невозможным.
Между тем, в России намеревались сократить госфинансирование квантовых технологий.