Logo
Cover

Австралийские инженеры разобрались с серьезной проблемой, стоящей на пути реализации квантовых компьютеров. Они открыли новую технологию, способную контролировать миллионы спиновых кубитов — базовых единиц информации в кремниевых квантовых процессорах. До сих пор прототипы квантовых процессоров могли управлять лишь небольшим количеством кубитов. Но теперь, после того как ученые обнаружили «отсутствующий элемент пазла», появилась возможность контролировать миллионы кубитов, которые необходимы для крайне сложных вычислений.

По словам Джаррида Плы из Университета Нового Южного Уэльса, его команда взялась за проблему, которая тормозила развитие квантовых технологий десятки лет — как контролировать миллионы кубитов без увеличения числа проводов или расхода электричества, рассказывает Phys.org. До сих пор управление электронно-спиновыми кубитами требовало применения магнитных полей, но при масштабировании этого метода возникает ряд трудностей. Во-первых, магнитные поля ослабевают с расстоянием, так что удается контролировать только ближайшие к проводке кубиты. Это значит, что для увеличения количества кубитов растет и число проводов. А поскольку чипы нужно охлаждать до -270 °C, такие процессоры будут генерировать слишком много тепла, которое внесет погрешность в работу кубитов.

Решение этой проблемы потребовало пересмотр структуры кремниевого чипа. Вместо тысяч проводов на одном микрочипе ученые оценили возможность создания магнитного поля над чипом, которое могло бы управлять миллионами кубитов одновременно. Эту идею впервые выдвинули в 1990-х, но до сих пор никто не разработал практического метода ее реализации.

Австралийские ученые оснастили чип новым компонентом — кристаллической призмой, так называемым диэлектрическим резонатором. Когда в него попадают микроволны, он фокусирует длины волн, делая их размер менее одного миллиметра. Таким образом возникает очень эффективная конверсия микроволновой энергии в магнитное поле, которое контролирует спины всех кубитов.

«Здесь присутствуют две ключевых инновации, — пояснили разработчики. — Первая в том, что мы можем не тратить много энергии, чтобы получить сильное поле для кубитов, то есть, мы не вырабатываем много тепла. Вторая — поле равномерное по всему чипу, так что один и тот же уровень контроля одновременно воздействует на миллионы кубитов».

Теперь ученые собираются заняться упрощением конструкции кремниевых квантовых процессоров с помощью своего изобретения.

Недавно австрийские ученые построили прототип квантового компьютера на ионных ловушках, который можно использовать в промышленности и который умещается в двух стандартных 19-дюймовых серверных стойках. Компактное и саморегулирующееся устройство показывает, насколько доступной может стать эта технология уже в ближайшем будущем.