Фізики зі США створили надточний квантовий комп'ютер на основі кремнію

Американські вчені запустили кремнієвий квантовий комп'ютер із двома кубітами, який показав рекордну точність обчислень. Вони описали своє досягнення в статті для журналу Science Advances, передає сайт Phys.org.

Інженери з усього світу намагаються з'ясувати, яка технологія найкраще підходить для створення ідеальних квантових комп'ютерів, одними з найефективніших вважаються надпровідники, іони, захоплені лазером і кремнієві спінові кубіти. Співробітники Прістонського університету США використовували частки з урахуванням кремнію та досягли безпрецедентного результату за допомогою методу подвійних квантових точок.

Кубіт — це аналог комп'ютерного біта, частки, у якій інформація зашифрована як нуль чи одиниця. Якщо звичайний електронний біт має лише одне з цих значень, то квантові частинки можуть приймати одночасно два значення завдяки квантовому ефекту суперпозиції, а це значно прискорює обчислення.

Спін у кубіті — це властивість електронів, що проявляється у вигляді положення в магнітному полі, що дозволяє зашифровувати інформацію у вигляді машинного коду на квантових пристроях на основі кремнію. У стані суперпозиції він може вирівнюватись як у напрямку дії магнітного поля, так і протилежно йому. Кремнієві спінові кубіти відрізняються від інших подібних частинок більшою компактністю, проте досі точність квантових комп'ютерів на їхній основі становила менше 90%.

Команда з Прістонського університету на чолі з професором фізики Джейсоном Петтою використовувала кремнієвий пристрій під назвою подвійна квантова точка — це фрагменти провідника або провідника, носії заряду якого обмежені в трьох вимірах і розділені спеціальним затвором. Дві "клітини" у вигляді тонкого напівпровідника на основі кремнію з двома електродами дозволили зловити два електрони та використовувати їхні спіни як кубіти.

"У нас є два спіни, розташовані в сусідніх точках простору. Регулюючи напругу на цих затворах, ми можемо на мить зіткнути електрони разом і змусити їх взаємодіяти. Це називається двокубітним затвором", — пояснив Петта.

Взаємодія змушує кожен спіновий кубіт змінюватися відповідно до стану сусідніх із ним кубітів, що призводить до заплутаності у квантових системах. Ученим вдалося виконати операцію із заплутанням кубітів за рахунок взаємодії частинок із точністю понад 99,8%.

Операція заплутування має вирішальне значення для квантових обчислень, адже відображає здатність квантового біта виконувати операції без помилок і є ключовим показником ефективності квантового комп'ютера. Поки що це найвищий показник для спінових кремнієвих кубітів і один із найкращих у порівнянні з іншими технологіями. За словами вчених, кремнієвий підхід забезпечує найкращу масштабованість.

"Наші пристрої мають діаметр всього близько 100 нанометрів, тоді як звичайний надпровідний кубіт має розмір близько 300 мікронів, тому якщо ви хочете зробити багато кубітів на чипі, вам буде складно використовувати надпровідники", — пояснив Джейсот Петта.

Ще однією перевагою кремнієвих спінових кубітів є їхня сумісність зі звичайною електронікою, яка теж заснована на кремнії. Це дозволить створювати мільйони кубітів у твердотільних системах, використовуючи вже існуючу виробничу інфраструктуру.

Раніше писали, що захист проти квантового комп'ютера зламали за допомогою ноутбука. Вчені вже пропонують методи шифрування для захисту від надпотужних машин майбутнього, але вони виявляються недостатньо надійними.