Исследователи разработали масштабируемый чип, который интегрируется с кубитами, позволяя выполнять миллионы квантовых операций без снижения производительности.
В рамках значительного достижения в области квантовых вычислений исследователи из Сиднейского университета разработали криогенный управляющий чип, способный работать в непосредственной близости от квантовых битов или кубитов (базовых единиц квантовой информации, аналогов классических битов в обычных компьютерах), при температурах, близких к абсолютному нулю.
Это достижение решает одну из главных проблем на пути создания крупномасштабных квантовых компьютеров — обеспечение одновременной стабильности и доступности квантовой информации.
В исследовании представлена новая архитектура чипа, который может функционировать при милликельвиновых температурах (температурах, составляющих тысячные доли градуса выше абсолютного нуля), не нарушая хрупкие квантовые состояния.
Чип был создан командой под руководством профессора Дэвида Рейли из Наноинститута и Школы физики Сиднейского университета.
«Это позволит нам перейти от этапа, когда квантовые компьютеры были лишь удивительными лабораторными машинами, к стадии, на которой мы сможем начать решать реальные мировые проблемы, которые эти устройства могут помочь решить человечеству», — заявил профессор Рейли.
Читайте: Прорыв Microsoft в квантовых вычислениях – 4D-код снижает количество ошибок в 1000 раз
Кремниевый чип для управления спиновыми кубитами
Чип, созданный с использованием стандартной технологии КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, применяемая в большинстве современных электронных устройств), может управлять спиновыми кубитами (хранящими данные в виде магнитной ориентации, или спина, отдельных электронов).
Они считаются масштабируемыми, поскольку их производство основано на уже существующих технологических процессах. Доктор Кушал Дас, разработавший чип, объяснил его значимость.
«Теперь, когда мы показали, что управление при милликельвиновых температурах не ухудшает производительность одно- и двухкубитных квантовых вентилей, мы ожидаем, что многие последуют нашему примеру».
«К счастью для нас, это не так просто и требует многолетних наработок и опыта в проектировании низкошумной криогенной электроники, которой требуется ничтожно малое количество энергии».
Ведущий автор, доктор Сэм Барти и его соавторы сравнили производительность криогенного чипа со стандартной системой, работающей при комнатной температуре.
Они не обнаружили измеримого сокращения времени когерентности кубита (периода, в течение которого кубит способен сохранять своё квантовое состояние) и зафиксировали незначительную потерю точности (fidelity loss — показатель возникновения ошибок при выполнении операций) во время вычислений.
Чип потребляет всего 10 микроватт энергии. Его аналоговые компоненты требуют лишь 20 нановатт на мегагерц, что позволяет масштабировать систему до миллионов кубитов без значительного увеличения энергопотребления.
«Наша работа показывает, что при тщательном проектировании системы управления хрупкие кубиты почти не замечают переключения транзисторов в чипе, расположенном менее чем в миллиметре от них», — отметил профессор Рейли.
Команда исследователей наблюдала незначительную потерю точности для операций с одним кубитом и отсутствие измеримого сокращения времени когерентности как для одно-, так и для двухкубитных вентилей.
Они также сообщили о стабильном характере взаимодействия между кубитами, что свидетельствует об отсутствии значительных помех от электрического шума, несмотря на непосредственную близость управляющего чипа.
Коммерческое будущее квантовых систем
Это исследование уже формирует коммерческое будущее квантовых технологий в Австралии. Профессор Рейли и доктор Томас Оки стали соучредителями компании Emergence Quantum, чтобы вывести свою криогенную платформу управления на рынок.
Компания стремится преобразовать многолетний лабораторный опыт в масштабируемые продукты для мировых производителей квантового оборудования.
Благодаря совместным усилиям академических и коммерческих кругов Сидней утверждается в качестве одного из ключевых центров в глобальной гонке за создание жизнеспособных квантовых машин.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU