Российские учёные разработали эффективное решение для объединения квантовых и классических процессоров, что открывает путь к созданию более стабильных гибридных вычислительных систем. Квантовые устройства значительно превосходят по скорости традиционные полупроводниковые чипы, однако требуют взаимодействия с классическими компонентами, обеспечивающими управление и обмен данными. Об этом пишет RT.
Исследователи из НИТУ МИСИС, МГУ, Российского квантового центра и центра нанофабрикации СП «Квант» предложили новый подход к интеграции таких систем. Как сообщили в пресс-службе МИСИС, разработка позволит повысить устойчивость квантовых компьютеров и обеспечить их корректную работу даже при экстремально низких температурах.
Работа квантовых устройств основана на принципе суперпозиции — способности частиц, например, фотонов, существовать одновременно в нескольких состояниях. Если в классических микросхемах бит может быть либо 0, либо 1, то квантовый эквивалент — кубит — способен находиться во множестве состояний одновременно, что обеспечивает колоссальную вычислительную мощность.
Тем не менее квантовые процессоры требуют поддержки со стороны классических чипов, которые управляют состояниями кубитов и обрабатывают результаты вычислений. Основная сложность в том, что квантовые системы функционируют при температурах, близких к абсолютному нулю, где обычная электроника теряет работоспособность. Кроме того, сверхпроводящие схемы крайне чувствительны к шумам и искажениям данных.
Чтобы преодолеть эти ограничения, учёные применили и усовершенствовали технологию flip-chip, позволяющую соединять квантовые и классические микросхемы «лицом к лицу». Для этого использовались индиевые соединения и многослойная подложка из алюминия, титана и платины. Такой выбор материалов обеспечивает надёжную работу элементов при сверхнизких температурах.
Специалисты пояснили, что индий был выбран из-за своей пластичности и низкой температуры плавления, благодаря чему он сохраняет сверхпроводящие свойства при рабочих температурах кубитов. Однако плохая адгезия индия к алюминию потребовала введения промежуточного титанового слоя, который обеспечивает сцепление и предотвращает диффузию металлов. Дополнительный слой платины устранил проблему хрупких соединений, возникавших между слоями индия и титана.
Эксперименты подтвердили стабильную работу всех типов связей при низких температурах, а характеристики резонаторов совпали с теоретическими расчётами. Учёные отметили, что по мере роста числа кубитов для более мощных квантовых систем потребуется размещение управляющих чипов ближе к вычислительным элементам. Это позволит повысить эффективность связи и снизить затраты на производство устройств.
Авторы исследования подчеркнули, что их технология может стать основой для разработки будущих многоэлементных квантовых систем, способных значительно превзойти современные суперкомпьютеры по вычислительной мощности.
