В большинстве современных квантовых процессоров положение кубитов фиксированное, и для того, чтобы заставить два кубита взаимодействовать, нужно либо протянуть между ними управляющие линии, либо использовать сложные сети резонаторов. По мере роста числа кубитов такая стационарная архитектура становится все сложнее. Команда ученых из исследовательского центра QuTech Делфтского технологического университета предлагает элегантное решение: перемещать навстречу друг другу электроны, носители кубитов.
Новый метод conveyor-mode shuttling («конвейерного челнока») можно сравнить с движущейся дорожкой для отдельных электронов. На кремниевый чип с массивом квантовых точек подаются электрические сигналы, которые создают напряжение бегущей волны. Вместе с ней перемещаются квантовые точки — ловушки для отдельных электронов. Электроны аккуратно переносятся по чипу, сохраняя свое квантовое состояние. Как только они оказываются на достаточном расстоянии друг от друга, они начинают взаимодействовать.
«При перемещении двух спинов к центру на 120 нм, что дает в общей сложности смещение в 240 нм, мы достигаем средней точности двухкубитных вентилей около 99%, — сообщили ученые. — Кроме того, мы реализуем условную постселективную телепортацию квантового состояния между кубитами, расположенными на расстоянии 320 нм, со средней точностью вентилей 87%, демонстрируя потенциал подвижных спиновых кубитов для нелокальной обработки квантовой информации».
Ключевое преимущество технологии — материал. Устройство изготовлено из кремний-германия, из которого делают обычные компьютерные микросхемы. Это означает, что производство можно развернуть на существующих полупроводниковых фабриках, пишет Nature. В отличие от сверхпроводящих кубитов (требующих охлаждения почти до абсолютного нуля) или ионных ловушек (нуждающихся в сложной оптике), кремниевые спиновые кубиты совместимы с технологиями, которые полупроводниковая промышленность уже освоила.
Подвижные кубиты открывают возможности, недоступные стационарным системам. Во-первых, можно динамически менять топологию соединений прямо во время вычислений. Во-вторых, один и тот же чип способен реализовывать разные протоколы коррекции ошибок без смены оборудования. В-третьих, можно разграничивать области, где накапливаются «грязные» кубиты для измерения, и чистые зоны для вычислений.
Авторы работы ожидают, что мобильные кубиты станут универсальной особенностью будущих крупномасштабных полупроводниковых квантовых процессоров. Это важный шаг от лабораторных демонстраций к реальным квантовым компьютерам, способным решать полезные задачи.
Инженеры из США создали сверхпроводящий кубит, который работает дольше 1 миллисекунды — то есть, в три раза дольше, чем предыдущий рекордсмен и почти в 15 раз дольше, чем обычные процессоры. А поскольку архитектура нового кубита аналогична тем, которые применяют Google, IBM и другие ведущие компании в этой области, его можно легко интегрировать в существующие процессоры.
