Ученые в Германии совершили новый шаг на пути к практическим квантовым компьютерам, интегрировав элементы квантовой оптики непосредственно на кристалл. Этот прорыв может заменить громоздкие оптические установки компактными чипами, упрощая масштабирование квантовых систем и повышая их надёжность, сообщает Fraunhofer IAF совместно с компаниями QUDORA Technologies GmbH и AMO GmbH.
Чип вместо громоздкой установки
Традиционные квантовые компьютеры с ионными ловушками используют сложные линзы и зеркала для точного направления лазеров на отдельные кубиты. По мере увеличения числа кубитов такие установки становятся невероятно громоздкими и сложными для точного контроля. Проект SmaraQ предлагает другой подход: фотонные компоненты и ультрафиолетовые волноводы из нитрида алюминия и оксида алюминия создаются прямо на чипе, направляя свет с нанометровой точностью на каждый ион. Это позволяет управлять кубитами без массивной свободной оптики, сокращая размеры системы и улучшая стабильность.
«Интеграция на чипе — это путь к масштабируемым ионным квантовым компьютерам. Мы создаем волноводы толщиной всего в десять тысячных человеческого волоса, которые доставляют свет точно туда, где требуется управление кубитами», — отметил доктор Майк Шеллер, руководитель фотоники QUDORA.
Комплексное сотрудничество
SmaraQ объединяет три компании, каждая из которых привносит уникальные навыки. QUDORA координирует интеграцию фотонных компонентов в архитектуру квантовых вычислений с ионами, применяя технологию NFQC, обеспечивающую высокую когерентность и точное управление кубитами. Fraunhofer IAF разрабатывает высококачественные эпитаксиальные пленки нитрида алюминия, на которых формируются фотонные структуры, а AMO GmbH отвечает за производство и литографию компонентов на нанометровом уровне. Вместе эти усилия создают полноценную цепочку поставок критически важных материалов для квантовых технологий, укрепляя технологическую независимость Европы.
Название SmaraQ вдохновлено маленькой яркой птицей колибри, известной своей точностью и восприятием ультрафиолетового света, что символизирует принцип проекта: управление фотонными потоками на микроскопическом уровне
Шаг к промышленному производству
Точная подача света к каждому кубиту решает одно из ключевых ограничений масштабируемости. По мере увеличения числа ионов в системе поддерживать стабильность лазеров в традиционных установках становится практически невозможно. Интеграция фотоники на чипе не только обеспечивает устойчивую работу, но и открывает путь к массовому производству квантовых процессоров с использованием проверенных методов полупроводниковой промышленности.
Если SmaraQ окажется успешным, интегрированные фотонные чипы смогут стать основой промышленных квантовых компьютеров, преодолевая разрыв между лабораторными прототипами и коммерчески жизнеспособными системами. Эта миниатюризация позволит создавать масштабируемые платформы с сотнями и тысячами кубитов, обеспечивая точное управление светом и стабильность работы.
«Реализация этих технологий на кристалле может превратить квантовые компьютеры из экспериментальных установок в реально используемые системы, способные решать задачи, недоступные классическим машинам», — подчеркивает Доктор Шеллер
Представлен Helios — самый точный и мощный квантовый компьютер в мире
Создан первый в мире программируемый фотонный чип
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram