Xanadu создала «безошибочные» фотонные кубиты для масштабирования квантовых компьютеров

Канадская компания Xanadu создала устойчивые к ошибкам фотонные кубиты и внедрила их в чип. Это первая в истории демонстрация таких кубитов на чипе.

Схема эксперимента и упрощенная компоновка чипа

Источник: Larsen, M.V., Bourassa, J.E., Kocsis, S. et al. Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09044-5

Канадская компания Xanadu разработала прорывное решение для создания мощных квантовых компьютеров, использующих частицы света (фотоны). Впервые в мире им удалось создать на стандартном кремниевом чипе особые устойчивые состояния света — так называемые GKP-состояния. Они защищают квантовые биты, или кубиты, от ошибок и потери информации. Последнее очень важно для квантовых вычислений, иначе они будут малоэффективными.

Фотоны — одна из основных всемирно признанных платформ для создания квантовых компьютеров. Частицы света идеально подходят для передачи данных: быстро двигаются, стабильны и могут перемещаться по оптоволокну. Но до сих пор их было сложно использовать как носители квантовой информации (кубиты) из-за риска потери или искажения сигнала.

Главное преимущество подхода Xanadu — возможность создавать квантовые компьютеры, которые будут работать даже при комнатной температуре. Многие конкурирующие системы требуют сверхнизких температур для работы.

Источник: Xanadu

GKP-состояния, названные так в честь ученых (включая российско-американского физика Алексея Китаева), решают эту проблему. Они позволяют фотонам даже при небольших помехах сохранять закодированные данные. Подробные результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Эксперимент Xanadu показал, что эти «устойчивые» состояния можно генерировать прямо на кремниевом чипе с помощью доступных полупроводниковых технологий. Ученые использовали сверхточные кремниевые волноводы с минимальными потерями света и детекторы собственной разработки, способные «считать» отдельные фотоны с точностью выше 99%. Все это позволяет создавать модульные квантовые процессоры, а на их основе и масштабируемый фотонный квантовый компьютер. Между собой модули можно будет объединять в сети с помощью оптоволокна.

Три стадии создания GKP-состояний, необходимых для устойчивых квантовых вычислений

Источник: Larsen, M.V., Bourassa, J.E., Kocsis, S. et al. Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09044-5

Впрочем, существующие GKP-состояния еще недостаточно совершенны для полной защиты квантовых компьютеров от ошибок, нужно еще побороть оптические потери, когда фотоны «исчезают» в оптоволокне. Напомним, что «безошибочная» работа квантовых компьютеров — ключевой шаг на пути к масштабируемым и практически полезным квантовым вычислителям.

Тем временем компания Xanadu планирует опробовать на новом чипе логические операции, а также протестировать на создаваемых устройствах методы коррекции ошибок.

Ранее вместо традиционной литографии ученые применили лазерную обработку для создания тонкопленочных электродов с проводящим слоем из платины и тантала.