Новий кубіт — головний кандидат на універсальний квантовий комп’ютер

Дослідники з QuTech критично вдосконалили так званий «спіновий кубіт Андрєєва» і вважають, що він може стати головним кандидатом у пошуках ідеального кубіта. Новий тип кубітів створено більш надійним і внутрішньо стабільним способом порівняно з попередніми версіями шляхом поєднання переваг двох інших типів кубітів.
                                                  
На відміну від світу звичайних комп’ютерів, де біти базуються на добре відомих і надійних технологіях, ідеального кубіта ще не винайдено. Чи буде квантовий комп’ютер майбутнього містити кубіти, які базуються на надпровідних трансмон-кубітах (transmission line shunted plasma oscillation qubit — кубіт на коливаннях плазми, шунтований лінією передачі), спінових кубітах у кремнії, NV-центрах у алмазі чи, можливо, якесь інше квантове явище? Кожен тип кубіта має свої переваги та недоліки. Один більш стабільний, другий має вищу точність, а інші легше масово виробляти. Ідеального кубіта ще не існує.

У цій роботі дослідники з QuTech — співпраці між Делфтським технологічним університетом і TNO (Netherlands Organization for Applied Scientific Research) — разом із міжнародними співробітниками створили розумну комбінацію існуючих методів для зберігання квантової інформації.

Марта Піта-Відаль (Marta Pita-Vidal), співавтор, пояснює: «Двома найбільш перспективними типами є спінові кубіти в напівпровідниках і трансмон-кубіти в надпровідних схемах. Проте кожен тип має свої проблеми.

Наприклад, спінові кубіти малі й сумісні з поточною промисловою технологією, але їм важко взаємодіяти на великих відстанях. З іншого боку, трансмон-кубіти можна контролювати та ефективно зчитувати на великих відстанях, але вони мають вбудоване обмеження швидкості для операцій і є відносно великими. Вчені в цьому дослідженні прагнуть використати переваги обох типів кубітів, розробивши гібридну архітектуру, яка їх поєднує».
 
«У нашому експерименті нам вдалося безпосередньо маніпулювати обертанням кубіта за допомогою мікрохвильового сигналу, — каже Арно Баргербос (Arno Bargerbos), інший співавтор. - Ми досягли дуже високих «частот Рабі», що є показником того, наскільки швидко вони можуть контролювати кубіт. Далі вони вбудували цей «кубіт зі спіном Андрєєва» в надпровідний трансмон-кубіт, що дозволяє швидко вимірювати стан кубіта».

Дослідники охарактеризували час когерентності спінового кубіта Андрєєва, міру того, як довго кубіт може залишатися живим. Вони помітили, що на його «довговічність» впливає магнітне поле навколишніх матеріалів.

«Нарешті, — зауважив Баргербос, — ми продемонстрували перший прямий сильний зв’язок між спіновим кубітом і надпровідним кубітом, що означає, що вони могли змусити два кубіти взаємодіяти контрольованим способом. Це свідчить про те, що спіновий кубіт Андрєєва може стати ключовим елементом для з’єднання квантових процесорів на основі радикально різних кубітних технологій: напівпровідникових спінових кубітів і надпровідних кубітів».

Головний дослідник Крістіан Андерсен (Christian Andersen) відмітив, що поточний спін-кубіт Андрєєва ще не ідеальний. Йому ще потрібно продемонструвати багатокубітні операції, які необхідні для універсальних квантових комп’ютерів. Час когерентності також неоптимальний. Це можна покращити, використовуючи інший матеріал. На щастя, масштабованість кубітів є на одному рівні з напівпровідниковими кубітами. Це дає надію, що є можливість дійти до точки, коли створення квантових алгоритмів стане обмежуючим фактором, а не квантове обладнання.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI