Кубиты и квантовая логика — из обычных транзисторов

Модифицировав современный кремниевый транзистор, австралийским учёным из Университета Нового Южного Уэльса (UNSU) удалось изготовить квантовый логический вентиль CNOT (Control NOT, управляемый NOT), базовый элемент квантового компьютера. Устройство было получено ими с помощью стандартных производственных методов, при этом предложенная техника позволяет размещать на одном чипе тысячи и даже миллионы кубитов.

Большинство разработанных до сих пор прототипов квантовых компьютеров включают в себя ограниченное количество перепутанных кубитов, изготовленных из экзотических и дорогих материалов, таких как алмазы или цезий, которые требуется замораживать до температур, всего на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля. Гипотетический компьютер из кремниевых элементов тоже не может работать в комнатных условиях, но позволяет повысить температуру до одного кельвина, что, как заявляют ученые, доступно для многих современных методов охлаждения.

В прошлом году, сотрудники UNSW создали кубиты с очень высокой (99,6%) достоверностью квантовых операций на основе современной транзисторной КМОП-технологии и распространённого изотопа кремния Si-28. Теперь они смогли развить достигнутый успех, получив квантовый логический вентиль. В комбинации с управляемым кубитом это устройство открывает путь к квантовым чипам, способным выполнять практически любые операции.

Для создания логического затвора авторы соединили между собой два стандартных транзистора и изменили их конфигурацию так, чтобы они могли удерживать только по одному электрону каждый. Спин электронов соответствует двоичным числам 0 и 1, а внешний ток и микроволновое поле обеспечивают контроль за взаимодействием кубитов.

Статья об этом примечательном достижении вышла в свежем номере журнала Nature.

Ближайшей задачей исследовательского проекта, по словам одного из его участников, Эндрю Дзюрака (Andrew Dzurak) станет изготовление, в сотрудничестве с производственными партнёрами на обычном полупроводниковом заводе прототипа чипа, содержащего от десятков до сотен кубитов. Осуществить это, при наличии инвестиций, они рассчитывают в течение 5 лет. От финальной цели, создания полномасштабного квантового процессора, как считает Дзюрак, их отделяет от 10 до 20 лет.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI