Учёные из Австралии разработали революционный квантовый управляющий чип, который устраняет одно из ключевых препятствий на пути к созданию практичных и мощных квантовых компьютеров. Эта технология, над которой работали более десяти лет, впервые позволяет разместить миллионы кубитов и их сложные системы управления на одном устройстве.
Главное достижение заключается в том, что новый чип может работать при криогенных температурах, близких к абсолютному нулю (около -273,15 °C). Что особенно важно, его можно разместить в непосредственной близости от кубитов, не нарушая их хрупкое квантовое состояние.
«Работа над этим результатом велась более десяти лет, мы накапливали знания для проектирования электронных систем, которые рассеивают крошечное количество энергии и работают при температурах, близких к абсолютному нулю», — заявил ведущий исследователь Дэвид Рейли, профессор Сиднейского университета.
Это открытие является «жизненно важным доказательством принципа» для интеграции квантовых и классических компонентов в одном чипе — важнейший шаг к созданию масштабируемых процессоров, необходимых для превращения квантовых вычислений в реальность.
Что такое кубиты и в чем сложность?
Кубиты — это квантовый эквивалент двоичных битов, используемых в современных компьютерах. Однако, в отличие от классического бита, который может представлять либо 0, либо 1, кубит может находиться в «суперпозиции» обоих состояний одновременно. Это позволяет квантовым компьютерам выполнять множество вычислений параллельно, решая задачи, которые недоступны даже самым мощным суперкомпьютерам.
Особый интерес у учёных вызывают так называемые «спиновые кубиты», которые кодируют информацию в спиновом состоянии электрона. Их преимущество в том, что для их создания можно использовать технологию КМОП (CMOS) — ту же, что и при производстве чипов в современных смартфонах и ПК. Это теоретически значительно упрощает их массовое производство.
Однако спиновые кубиты чрезвычайно чувствительны. Для сохранения их квантовых свойств (когерентности) требуется охлаждение до температур ниже 1 кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Проблема заключалась в том, что любая управляющая электроника, размещённая рядом, выделяет тепло и создаёт электрические помехи, которые мгновенно разрушают квантовое состояние.
Решение найдено
Новый чип, созданный австралийскими учёными, решает эту проблему. Он специально разработан для работы в криогенных условиях с ультранизким энергопотреблением. В ходе тестов исследователи разместили управляющий чип менее чем в миллиметре от кубитов. Чип не вызвал измеримого электрического шума и не привёл к снижению точности, стабильности или когерентности кубитов. При этом общее энергопотребление чипа составило всего 10 микроватт.
«Это подтверждает надежду на то, что кубитами действительно можно управлять в больших масштабах, интегрируя сложную электронику при криогенных температурах», — сказал Рейли. — «Это перенесёт нас из области, где квантовые компьютеры являются лишь увлекательными лабораторными машинами, на этап, где мы сможем начать открывать реальные проблемы, которые эти устройства могут решить для человечества».
Это достижение может открыть дорогу к созданию процессоров с миллионами кубитов и ускорить появление по-настоящему полезных квантовых компьютеров.
Статья - перевод оригинальной статьи автора Оуэн Хьюз, автор перевода - Абу-ль-Хайр Ашхад Тайсир Дейвит Хаз Рашид бин Ахмад аль-Кувейти.
