Ученые нашли «недостающий фрагмент головоломки» в разработке квантовых компьютеров

Разработка вакцин и медицинских препаратов, искусственный интеллект, транспорт и логистика, наука о об изменениях климата – все эти области сделают огромный шаг вперед, когда появится полномасштабный квантовый компьютер.

В настоящее время квантовые процессоры, являющиеся основными компонентами квантовых компьютеров, сравнительно небольшие (менее 100 кубитов). Хотя первые квантовые процессоры и сыграли решающую роль в демонстрации потенциала квантовых вычислений, для применения в глобально значимых сферах нужны процессоры с более чем 1 млн кубитов.

В ходе нового исследования специалистам Университета Южного Уэльса (Австралия) удалось приблизиться к созданию столь мощного квантового процессора. По словам ученых, они обнаружили «недостающий фрагмент головоломки», позволяющий улучшить архитектуру квантовых чипов.

Проблема современных подходов к квантовым вычислениям с использованием кубитов заключается в том, что кубиты управляются с помощью проводов, занимающих место на кристалле и выделяющих тепло.

«В настоящее время управление электронными спиновыми кубитами зависит от генерирования микроволновых магнитных полей путем пропускания тока через провод рядом с кубитом. Это создает некоторые реальные проблемы, если мы хотим масштабироваться до миллионов кубитов, которые потребуются квантовому компьютеру для решения глобально значимых проблем, таких как разработка новых вакцин», – пояснил руководитель исследования доктор Джаррид Пла (Jarryd Pla).

Возглавляемая Пла команда исследователей нашла интересное решение данной проблемы и предложила не использовать провода, а генерировать магнитное поле над всем чипом.

Сначала исследователи удалили провод возле кубитов и решили генерировать микроволновые магнитные поля по всей системе.

«То есть, по сути, мы могли генерировать поля управления для четырех миллионов кубитов. Здесь есть два ключевых нововведения. Первое заключается в том, что для получения сильного поля нам не нужно было использовать много электроэнергии, а это значит, мы не генерировали большое количество тепла. Второе нововведение – поле является однородным по всему чипу, так что на все миллионы кубитов распространяется одинаковый уровень контроля», – пояснил Пла.

Исследователи разработали прототип технологии и успешно протестировали ее на кубитах.

«Мы были необычайно рады, когда эксперимент удался. Проблема контроля над миллионами кубитов беспокоила меня очень долгое время, поскольку являлась главным препятствием на пути к созданию полномасштабного квантового компьютера», – заявил профессор Университета Южного Уэльса Эндрю Дзурак (Andrew Dzurak).

Теперь, когда это препятствие устранено, следующим шагом должно стать использование нового похода для создания более простого кремниевого квантового процессора. По словам исследователей, это упростит производство устройств с большим числом кубитов в будущем.