Горячие кубиты нарушают одно из самых больших ограничений для практических квантовых компьютеров

Большинство квантовых компьютеров, разрабатываемых по всему миру, будут работать только на доли градуса выше абсолютного нуля. Это требует охлаждения на несколько миллионов долларов, и как только вы подключите их к обычным электронным цепям, они сразу же перегреются сообщает сайт mzhost.ru.

Но теперь исследователи во главе с профессором Эндрю Джураком из UNSW Sydney решили эту проблему.

«Наши новые результаты открывают путь от экспериментальных устройств к недорогим квантовым компьютерам для реальных деловых и правительственных приложений», - говорит профессор Дзурак.

Исследовательская ячейка квантового процессора, созданная исследователями, на кремниевом чипе работает на 1,5 Кельвина - в 15 раз теплее, чем основная конкурирующая технология на основе чипов, разрабатываемая Google, IBM и другими, в которой используются сверхпроводящие кубиты.

«Это все еще очень холодно, но это температура, которую можно достичь, используя охлаждение всего на несколько тысяч долларов, а не миллионы долларов, необходимых для охлаждения чипсов до 0,1 Кельвина», - объясняет Дзурак.

«Хотя это трудно оценить, используя наши повседневные представления о температуре, это увеличение является экстремальным в квантовом мире».

Ожидается, что квантовые компьютеры превзойдут обычные по ряду важных проблем, от точного изготовления лекарств до алгоритмов поиска. Однако разработка такого устройства, которое может быть изготовлено и эксплуатироваться в реальных условиях, представляет собой серьезную техническую проблему.

Исследователи UNSW считают, что они преодолели одно из самых трудных препятствий на пути к тому, чтобы квантовые компьютеры стали реальностью.

В статье, опубликованной в журнале Nature сегодня, команда Дзурака вместе с сотрудниками в Канаде, Финляндии и Японии сообщают о проверенной концепции элементарной ячейке квантового процессора, которая, в отличие от большинства разработок, исследуемых во всем мире, не должна работать в температура ниже одной десятой градуса Кельвина.

Команда Дзурака впервые объявила о своих экспериментальных результатах через академический пре-печатный архив в феврале прошлого года. Затем, в октябре 2019 года, группа в Нидерландах во главе с бывшим постдокторским исследователем в группе Дзурака, Менно Вельдхорстом, объявила аналогичный результат, используя ту же кремниевую технологию, разработанную в UNSW в 2014 году. Подтверждение такого поведения «горячего кубита» две группы в разных концах света привели к тому, что две газеты были опубликованы «спина к спине» в одном и том же выпуске журнала Nature сегодня.

Кубитные пары являются фундаментальными единицами квантовых вычислений. Как и его классический вычислительный аналог - бит - каждый кубит характеризует два состояния, 0 или 1, для создания двоичного кода. Однако, в отличие от немного, он может одновременно проявлять оба состояния, что называется «суперпозицией».

Элементарная ячейка, разработанная командой Дзурака, состоит из двух кубитов, заключенных в пару квантовых точек, встроенных в кремний. В увеличенном масштабе результат может быть изготовлен с использованием существующих заводов по производству кремниевых чипов, и он будет работать без охлаждения на несколько миллионов долларов. Также было бы легче интегрироваться с обычными кремниевыми чипами, которые понадобятся для управления квантовым процессором.

Например, квантовому компьютеру, способному выполнять сложные вычисления, необходимые для разработки новых лекарств, потребуются миллионы пар кубитов, и обычно считается, что до него осталось не менее десяти лет. Эта потребность в миллионах кубитов представляет собой большую проблему для дизайнеров.

«Каждая пара кубитов, добавленная в систему, увеличивает общее количество вырабатываемого тепла, - объясняет Дзурак, - и добавленное тепло приводит к ошибкам. Именно поэтому нынешние конструкции должны поддерживаться так близко к абсолютному нулю».

Перспектива использования квантовых компьютеров с достаточным количеством кубитов для использования при температурах, намного более низких, чем в глубоком космосе, является пугающей, дорогой и доводит технологию охлаждения до предела.

Команда UNSW, однако, создала элегантное решение проблемы, инициализируя и «считывая» пары кубитов, используя туннелирование электронов между двумя квантовыми точками.

Опытные эксперименты были выполнены доктором Генри Янгом из команды UNSW, которого Дзурак назвал «блестящим экспериментатором».