К концу 2025 года гонка квантовых вооружений между IT-гигантами и академической средой вышла на новый уровень. Исследователи из Принстонского университета представили архитектуру, которая увеличила время жизни квантовой информации в 15 раз по сравнению с передовыми чипами Google (Willow) и IBM (серия Heron). Этот успех базируется на переосмыслении фундаментальных материалов самого популярного типа кубитов — трансмонов.
Что такое трансмоны и почему они важны?
Трансмонные кубиты являются основой современных квантовых компьютеров. По сути, это сверхпроводящие электрические цепи, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю (~0,01 К). В их сердце лежит джозефсоновский переход — два сверхпроводника, разделенных тонким слоем изолятора.
В отличие от обычных атомов, трансмоны — это «искусственные атомы», созданные человеком. Они позволяют кодировать информацию в квантовых состояниях («0», «1» или их суперпозиция), управляя ими с помощью обычных микроволновых импульсов. Однако у них есть критическая слабость — декогеренция. Квантовое состояние крайне хрупко и разрушается от малейших тепловых или электромагнитных шумов.
Танталовая революция
До недавнего времени стандартом индустрии были алюминий и ниобий на сапфировых подложках. Время когерентности в таких системах обычно не превышало 100 микросекунд (0,1 мс). Группа из Принстона совершила прорыв, заменив эти материалы:
* Тантал вместо ниобия: Этот металл обладает уникальной способностью минимизировать потери энергии на поверхности раздела материалов.
* Кремниевая подложка: Использование высокочистого кремния позволило снизить диэлектрические потери, которые раньше «гасили» квантовый сигнал.
Результат оказался ошеломляющим: время когерентности подскочило до 1,6 миллисекунды. В мире квантовых вычислений, где операции длятся наносекунды, это целая вечность.
Путь к квантовому преимуществу
Почему это важно? Для решения реальных задач — от моделирования новых аккумуляторов до взлома шифров — нужны тысячи кубитов, работающих без ошибок. Сегодняшние ошибки исправляются методом коррекции, который требует «запасного времени». Увеличение времени когерентности в 15 раз дает системе колоссальный запас для проведения проверок и исправления сбоев прямо в процессе вычислений.
Более того, точность операций в 99,994% преодолевает теоретический порог, за которым квантовый компьютер может работать бесконечно долго, исправляя ошибки быстрее, чем они возникают. Совместимость танталовых трансмонов с кремниевым производством означает, что Google и IBM смогут быстро внедрить это открытие в свои будущие процессоры.
Мы стоим на пороге эры, когда квантовое преимущество перестанет быть лабораторным курьезом и станет инструментом для изменения мировой экономики и науки.