Китайские исследователи из Шэньчжэньской международной квантовой академии создали кремниевый квантовый процессор, способный выполнять полный набор логических операций со встроенным обнаружением ошибок. На чипе из четырёх кубитов (на основе атомов фосфора в кремнии) были закодированы два логических кубита, которые могут не только проводить вычисления, но и отслеживать появление шумов. В тесте система успешно рассчитала основное состояние молекулы воды с помощью вариационного квантового алгоритма (VQE), показав высокую точность. Это важнейший шаг к созданию масштабируемого, отказоустойчивого квантового компьютера на базе привычной для полупроводниковой индустрии кремниевой платформы.
В чём фокус?
Главная проблема квантовых вычислений — хрупкость кубитов. Любой шум (температура, вибрации, электромагнитные поля) вызывает ошибки, которые делают вычисления бесполезными. Один из путей решения — создание логических кубитов, где информация распределена между несколькими физическими кубитами, что позволяет обнаруживать и исправлять ошибки.
Ранее такие системы демонстрировали на более экзотических платформах (сверхпроводящие цепи, ионы). Китайская команда показала, что это можно сделать и на кремнии, используя:
- Точное размещение атомов фосфора в кремнии — метод, позволяющий создавать кубиты с индивидуальным управлением.
- Снижение перекрёстных помех между соседними кубитами (основной источник ошибок в плотных массивах).
- Кодирование двух логических кубитов на четырёх физических, с возможностью детекции ошибок в процессе вычислений.
Результаты:
- Система продемонстрировала полную цепочку операций: подготовка логических состояний, выполнение логических операций, их применение в алгоритме.
- Тест на расчёт основного состояния молекулы воды (VQE) дал результат, близкий к теоретическому, подтвердив применимость подхода для реальных химических задач.
Почему это важно?
- Кремний — это путь к масштабированию: Вся современная электроника построена на кремнии. Технологии его производства отработаны, позволяя создавать чипы с миллиардами транзисторов. Если квантовые кубиты можно делать из того же материала, используя ту же производственную базу, путь к миллионам кубитов становится реальным.
- Отказоустойчивость: Возможность обнаруживать ошибки по ходу вычислений — необходимое условие для того, чтобы квантовый компьютер мог решать задачи, недоступные классическим машинам.
- Алгоритмы на реальном железе: Демонстрация VQE на кремниевом чипе с логическими кубитами — это не просто «побитовые операции», а выполнение практически значимого алгоритма.
#УКУС_ТРЕНДА
Этот прорыв — симптом трёх важных процессов:
- Кремний догоняет экзотические платформы: Долгое время считалось, что кремний — слишком «шумный» материал для квантовых вычислений. Новые методы контроля атомов и подавления помех меняют это представление.
- Интеграция логических кубитов: Переход от отдельных кубитов к логическим с встроенной коррекцией ошибок — это переход от «лабораторных демонстраций» к «инженерным прототипам» квантового компьютера.
- Промышленная совместимость: Возможность использовать существующие фабрики по производству чипов для изготовления квантовых процессоров может стать ключевым фактором, определяющим, какая архитектура выиграет гонку за масштабируемый квантовый компьютер.
P.S. Водородная связь в молекуле воды — одна из самых сложных задач для классических компьютеров. То, что кремниевый квантовый чип с 4 кубитами смог рассчитать основное состояние, пусть и простейшей молекулы, — мощный сигнал. Следующие шаги — увеличить число кубитов на чипе и улучшить точность атомного позиционирования. Если это удастся, квантовые компьютеры могут стать не просто экзотикой, а следующим этапом эволюции микроэлектроники.
#квантовые_вычисления #кремний #чипы #Китай #инновации