Перспективность квантовых вычислений на кремниевых чипах

Для безошибочных вычислений квантовым компьютерам будущего, вероятно, потребуются как минимум миллионы кубитов. Последнее исследование, опубликованное в журнале PRX Quantum, предполагает, что эти компьютеры могут быть сделаны с использованием кремниевых чипов промышленного класса на базе существующих производственных процессов, вместо того, чтобы применять новые или даже недавно обнаруженные частицы.

Для исследования ученые смогли выделить и измерить квантовое состояние отдельного электрона (кубита) в кремниевом транзисторе, изготовленном с использованием технологии КМОП, аналогичной той, которая применяется для изготовления микросхем в компьютерных процессорах.

Кроме того, было обнаружено, что спин электрона оставался стабильным до девяти секунд. Следующим шагом будет использование аналогичной производственной технологии, чтобы показать, как массив кубитов может взаимодействовать для выполнения квантовых логических операций.

Профессор Джон Мортон (John Morton) из Лондонского центра нанотехнологий при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, соучредитель Quantum Motion, сказал: «Мы взламываем процесс создания кубитов, поэтому те же технологии для производства чипов в смартфоне можно использовать для создания квантовых компьютеров. Потребовалось 70 лет, чтобы разработка транзисторов достигла того уровня, на котором мы сейчас находимся в области вычислений, и мы не можем потратить еще 70 лет, пытаясь изобрести новые производственные процессы для создания квантовых компьютеров. Нам нужны миллионы кубитов и ультра-масштабируемая архитектура для их создания, и наше открытие дает нам план кратчайшего пути к производству квантовых чипов в промышленных масштабах».

Эксперименты проводились аспирантом Вирджинией Сириано Техель (Ciriano Tejel) из Лондонского центра нанотехнологий при UCL и коллегами, работающими в низкотемпературной лаборатории. Во время работы чипы хранятся охлажденными до доли градуса выше абсолютного нуля (- 273 градуса Цельсия).

Сириано Техель сказала: «Каждый студент-физик знает из учебников, что электроны ведут себя как крошечные магниты со странными квантовыми свойствами, но ничто не готовит вас к ощущению чуда в лаборатории, когда вы можете наблюдать за этим «вращением» отдельного электрона своим собственными глазами, иногда направленными вверх, иногда вниз. Приятно быть ученым, пытающимся понять мир и в то же время участвовать в разработке квантовых компьютеров».

Квантовый компьютер использует законы физики, которые обычно наблюдаются только на атомном и субатомном уровнях (например, частицы могут находиться в двух местах одновременно). Квантовые компьютеры могут быть более мощными, чем современные суперкомпьютеры, и способны выполнять сложные вычисления, которые в противном случае практически невозможны.

Хотя приложения квантовых вычислений отличаются от традиционных компьютеров, они позволят нам быть более точными и быстрыми в чрезвычайно сложных областях, таких как разработка лекарств и борьба с изменением климата, а также решать повседневные проблемы, которые имеют огромное количество переменных - так же, как в природе, - например, транспорт и логистика.