Физики и инженеры из Австралии выяснили, как можно «напечатать» полноценный квантовый компьютер из множества кубитов внутри миниатюрного кремниевого чипа, используя уже существующие технологии изготовления микропроцессоров, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

«Мы часто думаем, что посадка на Луну была высшим достижением человечества. Сейчас мы стоим на пороге очередного технологического «прыжка», который мог бы так же сильно поменять мир, как визит человека на Луну или создание первых персональных компьютеров. До настоящего времени мы не могли уместить все компоненты квантового компьютера в одном чипе, и теперь мы показали, что это можно сделать, причем на обычной фабрике микрочипов», — заявил Эндрю Дзурак из университета Нового Южного Уэльса (Австралия).

Дзурак и его коллеги по университету уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора-31.

В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года Дзурак и его команда сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ. В прошлом году им удалось защитить кубиты от помех, сделав большой шаг в сторону создания «рабочего» квантового компьютера.

Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как «обычные» полупроводниковые кубиты могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.

Решив эту проблему в начале этого года, австралийские ученые задумались о том, как можно «склеить» кубиты в единое целое и научиться «печатать» их так, как это делают производители электроники при создании микросхем.

Проблема, как объясняет Дзурак, заключалась в том, что кубиты гораздо более чувствительны к различным помехам и неточностям при передаче данных, чем транзисторы или ячейки памяти, из-за чего их крайне сложно объединять в цепочки и подключать к шинам данным. По сути, каждый кубит и систему связи с ним нужно настраивать индивидуально, что не позволяет производить их промышленным путем.

Австралийским физикам удалось обойти это препятствие, «склеив» каждый кубит с небольшим набором обычных транзисторов и особых блоков, так называемых «плавающих затворов», которые автоматически подстраиваются под особенности работы ячеек квантового компьютера и позволяют им «общаться» друг с другом» и передавать данные во внешний мир.

«Наша архитектура включает в себя несколько обычных транзисторов, которые управляют работой гигантской двумерной сетки из кубитов, используя почти те же принципы и протоколы, которые сегодня применяются в обычной компьютерной памяти. К примеру, включая электроды над кубитами, мы можем записывать в него данные, меняя его спин, а включая электроды между ними, мы можем заставить их соединяться друг с другом и проводить вычисления», — объясняет Менно Вельдхорст (Menno Veldhorst), коллега Дзурака.

Как отмечают оба ученых, в их чип уже встроены протоколы квантовой коррекции ошибок, которые необходимы для проведения реальных вычислений и организации работы квантовых компьютеров, содержащих в себе тысячи и миллионы кубитов. Главная задача сегодня, как подчеркивает Дзурак, заключается лишь в изготовлении такого чипа. Часть его элементов, как отметил ученый, уже была успешно изготовлена и проверена в его лаборатории.

«Конечно, наш дизайн может претерпеть какие-то изменения во время производства реальных чипов, но все ключевые компоненты, необходимые для проведения квантовых вычислений, уже в нем присутствуют. В любом случае, нам удалось показать, как можно объединить в одном чипе миллионы кубитов, что необходимо для создания действительно полезных и мощных квантовых компьютеров», — заключает физик.

Источник: ria.ru