Квантовый компьютер: кремний, фосфор и проволока

Физики из Университетов Нового Южного Уэльса и Мельбурна разработали масштабируемую архитектуру кремниевого чипа, центральным элементом которого являются кубиты — сделан еще один шаг к появлению полноценных квантовых компьютеров 2 Ноябрь 2015, 15:50
Группа австралийских ученых разработала трехмерную архитектуру кремниевой микросхемы на основе квантовых битов (кубитов), состоящих из единичных атомов. Научная работа физиков предполагает использование уже зарекомендовавших себя производственных процессов и предлагает метод для создания крупномасштабных квантовых компьютеров

Исследователи уже продемонстрировали уникальный производственный подход к созданию устройств на атомарном уровне и, как утверждается в научной работе, создали самый эффективный кубит в кремнии, используя спины электронов и ядер единичных атомов фосфора. 

Одно из препятствий на пути к созданию полноценных квантовых компьютеров — архитектура. Необходимо выяснить как прецизионно контролировать множественные кубиты — массивы из тысяч квантовых битов — в параллельном режиме, и постоянно корректировать «квантовые» ошибки в вычислениях.

Исследовательская группа, в которую вошли как теоретики, так и экспериментаторы из двух австралийских университетов похоже справилась с этой проблемой. В работе, опубликованной в Science Advances, физики описывают новую архитектуру на основе кремния, которая использует кубиты, созданные из отдельных атомов и выстроенные вдоль контрольных линий (сверхтонкая проволока) внутри трехмерной структуры.
Исследовательская группа из Университетов Нового Южного Уэльса и Мельбурна, представившая научную разработку
«Мы показали возможность создания кремниевых вычислительных устройств на атомарном уровне и проработали возможность создания крупномасштабной архитектуры, позволяющей исполнять протоколы коррекции ошибок, что подтверждает возможность дальнейшего наращивания системы за счет увеличения количества кубитов, — рассказала одна из авторов научной работы профессор Мишель Симмонс (MIchelle Simmons). — Но что самое главное в этой работе (и архитектуре) это то, что у нас теперь есть конечная точка. Мы теперь знаем точно, что нам нужно сделать, чтоб ее достичь».

В своей работе группа ученых перешла от одномерного массива кубитов, размещенных на одной прямой, к двумерному, в котором кубиты размещаются на плоскости — подобных подход более устойчив к ошибкам. Затем исследователи изготовили своеобразный трехмерный «бутерброд»: слой кубитов поместили между двумя решетками, изготовленными из тончайшей проволоки.

Прикладывая напряжение к определенным секциям решетки физики могли контролировать состояние сразу нескольких кубитов параллельно, что снижало сложность управляющей системы. Подобная архитектура позволила исполнять протоколы коррекции ошибок в расчетах быстрее, чем они оказывали влияние на дальнейшие вычисления.