Международная группа учёных впервые реализовала логический квантовый процессор на базе кремния, открыв путь к отказоустойчивым квантовым вычислениям, совместимым с существующей полупроводниковой индустрией. Работа опубликована в Nature Nanotechnology.
Почему это важно?
Кремний — основа всей современной электроники. Теперь доказано, что он пригоден и для создания отказоустойчивых квантовых компьютеров (FTQC). Это означает, что в будущем квантовые процессоры можно будет производить на тех же мощностях, что и обычные чипы.
В чём была проблема?
Главная сложность квантовых вычислений — высокая чувствительность к ошибкам (внешние шумы, перекрестные помехи). Для подавления ошибок информацию кодируют в логических кубитах, распределяя её между несколькими физическими. На сверхпроводниках и нейтральных атомах это уже делали, но в кремнии реализация считалась технически сложной.
Что сделали исследователи?
Создали процессор на основе пяти ядерных спинов фосфора, расположенных в кластере доноров кремния. Применили код обнаружения ошибок, который позволяет кодировать два логических кубита в четырёх физических, минимизируя потребность в ресурсах. Управление вентилями — через комбинацию ядерного и электронного спинового резонанса.
Как проверили?
Процессор решил практическую задачу — вычисление энергии основного состояния молекулы воды с помощью вариационного квантового алгоритма (VQE). Комплекс методов снижения погрешностей (проверка чётности, подгонка Клиффорда) позволил добиться высокой точности. Экспериментальные данные показали значительное соответствие теоретическим расчётам.
Что дальше?
- Совершенствование размещения доноров.
- Снижение перекрёстных помех.
- Создание массивов донорных кластеров для гибкого наращивания количества логических кубитов.
Вывод: квантовые компьютеры на кремнии перестали быть теорией. Первый логический процессор уже работает и решает реальные задачи. Следующий шаг — масштабирование. И здесь у кремния есть огромное преимущество: его умеют производить миллиардами.