Физики из США создали сверхточный квантовый компьютер на основе кремния

Американские ученые запустили кремниевый квантовый компьютер с двумя кубитами, который показал рекордную точность вычислений. Они описали свое достижение в статье для журнала Science Advances, передает сайт Phys.org.

Инженеры со всего мира пытаются выяснить, какая технология лучше всего подходит для создания идеальных квантовых компьютеров, одними из наиболее эффективных считаются сверхпроводники, ионы, захваченные лазером и кремниевые спиновые кубиты. Сотрудники Пристонского университета в США использовали частицы на базе кремния и добились беспрецедентного результата при помощи метода двойных квантовых точек.

Кубит — это аналог компьютерного бита, частицы, в которой информация зашифрована в виде ноля или единицы. Если обычный электронный бит имеет только одно из этих значений, то квантовые частицы могут принимать одновременно два благодаря квантовому эффекту суперпозиции, а это значительно ускоряет вычисления.

Спин в кубите — это свойство электронов, которое проявляется в виде положения в магнитном поле, позволяющего зашифровывать информацию в виде машинного кода в квантовых устройствах на основе кремния. В состоянии суперпозиции он может выравниваться как в направлении действия магнитного поля, так и противоположно ему. Кремниевые спиновые кубиты отличаются от других подобных частиц большей компактностью, однако до сих пор точность квантовых компьютеров на их основе составляла менее 90%.

Команда из Пристонского университета во главе с профессором физики Джейсоном Петтой использовала кремниевое устройство под названием двойная квантовая точка — это фрагменты проводника или проводника, носители заряда которого ограничены в трех измерениях и разделены специальным затвором. Две "Клетки" в виде тонкого полупроводника на основе кремния с двумя электродами позволила поймать два электрона и использовать их спины в качестве кубитов.

"У нас есть два спина, расположенные в соседних точках пространства. Регулируя напряжение на этих затворах, мы можем на мгновение столкнуть электроны вместе и заставить их взаимодействовать. Это называется двухкубитным затвором", — объяснил Петта.

Взаимодействие заставляет каждый спиновый кубит меняться в соответствии с состоянием соседних с ним кубитов, что приводит к запутанности в квантовых системах. Ученым удалось выполнить операцию с запутыванием кубитов за счет взаимодействия частиц с точностью более 99,8%.

Операция по запутыванию имеет решающее значение для квантовых вычислений, ведь отражает способность квантового бита выполнять операции без ошибок и является ключевым показателем эффективности квантового компьютера. Пока это наивысший показатель для спиновых кремниевых кубитов и один из лучших в сравнении с другими технологиями. По словам ученых, кремниевый подход обеспечивает наилучшую масштабируемость.

"Наши устройства имеют диаметр всего около 100 нанометров, в то время как обычный сверхпроводящий кубит имеет размер около 300 микрон, поэтому, если вы хотите сделать много кубитов на чипе, вам будет сложно использовать сверхпроводники", — объяснил Джейсот Петта.

Еще одним преимуществом кремниевых спиновых кубитов является их совместимость с обычной электроникой, которая тоже основана на кремние. Это позволит создавать миллионы кубитов в твердотельных системах, используя уже существующую производственную инфраструктуру.

Ранее писали, что защиту против квантового компьютера взломали с помощью ноутбука. Ученые уже предлагают методы шифрования для защиты от сверхмощных машин будущего, но все они оказываются недостаточно надежными.