Logo
Cover

Миллионы квантовых битов необходимы квантовым компьютерам, чтобы они начали приносить пользу людям, тогда как современные прототипы оперируют десятками. Проблема в том, что кубиты вынуждены располагаться на чипе слишком близко друг к другу, поэтому квантовые чипы не получается масштабировать. Важный шаг к преодолению этого препятствия сделали исследователи из Германии.

«Сейчас каждый отдельный кубит соединен несколькими сигнальными линиями с блоками управления размером примерно со шкаф. Для небольшого числа кубитов это работает. Но лишается смысла, если мы хотим поместить на чип миллионы кубитов. Поскольку это необходимо для коррекции квантовых ошибок», — сказал Ларс Шрайбер, один из исследователей.

В то же время количество сигнальных линий становится узким местом — линии требуют слишком много места по сравнению с крошечными кубитами, пишет Science Daily. А квантовый чип не может иметь миллионов входов и выходов — на современном классическим чипе их всего около 2000. Команда ученых из Юлихского исследовательского центра и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (Германия) на протяжении нескольких лет пытается решить эту проблему.

Конечная цель проекта — интегрировать части контрольного узла прямо в чип. Подход немецких ученых основан на так называемых полупроводниковых спиновых кубитах из кремния и германия. Они относительно маленького размера, а процесс их производства в основном совпадает с кремниевыми процессорами. На этапе производства это может стать большим преимуществом, но сначала надо преодолеть фундаментальные препятствия.

«Естественная запутанность, вызванная близостью частиц, ограничена крайне небольшим расстоянием, около 100 нанометров. Чтобы сцепить кубиты, их сейчас помещают очень близко друг к другу. Для дополнительной электроники, которую мы бы хотели туда установить, просто нет места», — пояснил Шрайбер.

Поэтому, для того чтобы разнести кубиты, около пяти лет назад ученые выдвинули идею квантового шаттла. Этот компонент должен обеспечить обмен квантовой информацией между кубитами, которые находятся на большом расстоянии друг от друга. Теоретически, такая технология позволила бы разместить на чипе миллионы кубитов.

Усилия команды Шрайбера увенчались успехом — с помощью «квантового автобуса» им удалось перенести электрон 5000 раз на расстояние 560 нм без существенных ошибок. Это соответствует дистанции в 2,8 мм.

В основе успеха — новый способ транспорта электронов, не похожий на принятые методы, требующие очень сложной электроники. Он заключается в создании потенциальной волны, по которой электроны просто скользят над потенциальными источниками помех. Контрольных сигналов нужно меньше, всего четыре.

Следующим шагом исследователей станет демонстрация отсутствия потери квантовой информации, закодированной в спине электрона.

Квантовый интернет, разработка которого началась несколько лет назад, мог бы обеспечить более защищенный обмен информацией. В этом году китайские ученые сделали очередной шаг в этом направлении, продемонстрировав эффективность квантовой запутанности между двумя устройствами памяти, расположенными в 12,5 км друг от друга в городской черте.