Квантовые технологии бесспорно ведут науку за собой, о чем свидетельствуют многочисленные исследования в этой области.

Квантовые технологии бесспорно ведут науку за собой, о чем свидетельствуют многочисленные исследования в этой области. Так, одно из них смогло расширить способности квантовых вычислений, уменьшив при этом площадь, занимаемую кубитами. А именно, новой разработкой стал проект кремниевого квантового микрочипа. Благодаря этому проекту в жизнь претворилась идея производства квантовых компьютеров при помощи технологии изготовления кремниевых приборов.

В то время как классические компьютеры имеют в своем распоряжении только единицы и ноли по отдельности, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты, которые из-за особенностей квантовой механики могут находиться в состоянии суперпозиции, где их значения одновременно равны 1 и 0.

Суперпозиция позволяет кубиту выполнять две операции сразу. Если два кубита квантовомеханически связаны, то они могут выполнять 2^2 или четыре вычисления одновременно, три кубита — 2^3 (или восемь) вычислений, и так далее. В принципе, квантовый компьютер с 300 кубитами способен выполнять больше вычислений в одно мгновение, чем существует атомов во Вселенной.

Исследовательские группы по всему миру изучают различные способы создания квантового компьютера. Сейчас исследуются по меньшей мере пять основных подходов к разработке: кремниевые спиновые кубиты, ионные ловушки, сверхпроводящие контуры, азото-замещенные вакансии в алмазе (nitrogen-vacancy center) и топологические кубиты.

Одна из проблем всех квантовых вычислительных технологий заключается в том, что состояние суперпозиции восприимчиво к шуму и жаре. Чтобы преодолеть эту уязвимость, квантовые компьютеры должны использовать специальные «коды» для исправления ошибок, так они смогут «защитить» кубиты от помех. Например, информация из одного «логического» кубита может распространяться на несколько запутанных «физических» кубитов, чтобы уменьшить вероятность того, что любое изменение окружающей среды нарушит положение суперпозиции.

Группа ученых из Австралии разработала систему, которая, по их словам, может интегрировать миллионы кремниевых спиновых кубитов в микрочипы. Кроме того, по словам Эндрю Дзурака, директора Австралийского национального завода по производству в Сиднее, все компоненты могут быть изготовлены обычным заводом по производству кремниевой стружки с использованием стандартных материалов CMOS.

Одной из главных особенностей этого чипа является архитектура электронных компонентов, которые могут обрабатывать и считывать данные на совершенно ином уровне. В то время как большинство других квантовых проектов были сфокусированы только на кубитной архитектуре, игнорируя при этом электронные компоненты.

Еще одной ключевой особенностью проекта, по мнению Дзурака, является новый вид кода коррекции ошибок, разработанный специально для кремниевых спиновых кубитов. Это позволит разместить 1 миллион кубитов на микросхеме размером с обычный микропроцессор.

На сегодняшний день выделено $63.7 миллиона на разработку 10-кубитного прототипа кремниевых квантовых интегральных схем, которые будут готовы уже к 2022 году.

По словам Дзурака, первым этапом, необходимым для реализации данного проекта, является проектирование транзисторов, используемых для размещения кубитов. Следующим этапом станет разработка точного расположения и размеров компонентов, чтобы свести к минимуму всю несовместимость между ними. Все этапы будут включать проектирование специфических процессов изготовления для каждого из компонентов архитектуры, от электродов с кубитным логическим элементом вплоть до соединительных линий.

Источник: spectrum.ieee.org

Комментарии: