Новый рекорд квантовых вычислений: управление 6-кубитным процессором в кремнии
Еще один рекорд был побит на пути к полностью работоспособным квантовым компьютерам: полный контроль над 6-кубитным квантовым процессором в кремнии. Исследователи называют это «главной ступенькой» для технологии.
Кубиты (или квантовые биты) — это квантовые эквиваленты классических вычислительных битов, только потенциально они могут обрабатывать гораздо больше информации. Благодаря квантовой физике они могут находиться в двух состояниях одновременно, а не только в 1 или 0.
Сложность заключается в том, чтобы заставить множество кубитов вести себя так, как нужно, поэтому такой скачок до шести очень важен. Возможность работать с ними из кремния — того же материала, который используется в современных электронных устройствах — делает эту технологию потенциально более жизнеспособной.
«Сегодня проблема квантовых вычислений состоит из двух частей, — говорит исследователь квантовых вычислений Стефан Филипс из Делфтского технологического университета в Нидерландах. «Разработка кубитов достаточно хорошего качества и разработка архитектуры, позволяющей создавать большие системы кубитов».
«Наша работа вписывается в обе категории. И поскольку общая цель создания квантового компьютера требует огромных усилий, я думаю, будет справедливо сказать, что мы внесли свой вклад в правильном направлении».
Кубиты состоят из отдельных электронов, закрепленных в ряд на расстоянии 90 нанометров друг от друга (диаметр человеческого волоса составляет около 75 000 нанометров ). Эта линия «квантовых точек» помещена в кремний с использованием структуры, аналогичной транзисторам, используемым в стандартных процессорах.
Внеся тщательные улучшения в способ подготовки, управления и мониторинга электронов, команда ученых смогла успешно контролировать их вращение — квантово-механическое свойство, которое обеспечивает состояние кубита.
Исследователи также смогли создать логические элементы и запутать системы из двух или трех электронов по запросу с низким уровнем ошибок.
Ученые использовали микроволновое излучение, магнитные поля и электрические потенциалы для контроля и считывания спина электронов, управляя ими как кубитами и заставляя их взаимодействовать друг с другом по мере необходимости.
«В этом исследовании мы расширяем границы количества кубитов в кремнии и добиваемся высокой точности инициализации, высокой точности считывания, высокой точности вентилей с одним кубитом и высокой точности состояний с двумя кубитами», — говорят ученые.
«Что действительно важно, так это то, что мы демонстрируем все эти характеристики вместе в одном эксперименте на рекордном количестве кубитов».
До этого момента только 3-кубитные процессоры были успешно встроены в кремний и контролировались до необходимого уровня качества — так что можно говорить о большом шаге вперед с точки зрения того, что возможно в таком типе кубитов.
Существуют разные способы создания кубитов, в том числе на сверхпроводниках, где гораздо больше кубитов использовалось вместе, и ученые все еще выясняют, какой метод может оказаться наилучшим.
Преимущество кремния заключается в том, что все цепочки производства и поставок уже налажены, а это означает, что переход от научной лаборатории к реальной машине должен быть более простым. Работа продолжается, чтобы поднять рекорд количества кубитов еще выше.
«При тщательном проектировании можно увеличить количество кремниевых спиновых кубитов, сохраняя при этом ту же точность, что и для одиночных кубитов», — говорит инженер Матеуш Мадзик из Технологического университета Делфта.
«Ключевой строительный блок, разработанный в нашем исследовании, может быть использован для добавления еще большего количества кубитов в следующих итерациях».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.