Чтобы масштабировать квантовые компьютеры, необходимо добавить больше кубитов и соединить их между собой. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, подробно описывается конструкция нового типа процессора, который решает эту проблему. Процессор, разработанный компанией Silicon Quantum Computing, использует кремний — основной материал, применяемый в классических компьютерах, а также атомы фосфора для соединения 11 кубитов.
Ученые не просто увеличили число кубитов в кристаллической решетке, они создали метод, позволяющий масштабировать систему, сохраняя и даже улучшая ее ключевые характеристики. В основе — 11-кубитный атомный процессор, получивший символическое название «платформа 14|15». Конструкция получила такое название из-за расположения кремния и фосфора в периодической таблице. Этот 11-кубитный процессор на основе кремния является крупнейшим в своем роде на сегодняшний день.
В основе конструкции находятся атомы фосфора в изотопно очищенном кремнии-28, которые образуют два многоядерных спиновых регистра. Один регистр содержит четыре атома фосфора, а другой — пять. Каждый регистр имеет общий электронный спин. Два регистра связаны взаимодействием при обмене электронами, что обеспечивает нелокальную связь между регистрами и 11 связанными кубитами.
Два регистра соединяются между собой посредством тонкого электронного обменного взаимодействия. Механизм позволил создать нелокальную квантовую связь, позволившую рассматривать все 11 ядерных спинов как единую систему из 11 кубитов. Управление 11 кубитами осуществляется с использованием нескольких наборов микроволновых частот с помощью импульсов, настроенных на уникальные резонансные частоты каждого электронного и ядерного спина.
Точность двухкубитных квантовых вентилей впервые для кремниевых кубитов достигла рекордных 99.9%. Ученым также удалось добиться высокой степени запутанности между кубитами внутри регистров. Эта запутанность оказалась устойчивой и была подтверждена для восьми ядерных спинов одновременно.
Самым впечатляющим аспектом новой конструкции является возможность масштабирования с сохранением исключительно высокой точности. Тем самым платформа 14|15 открывает путь к масштабируемым, отказоустойчивым квантовым вычислениям с использованием практичной кремниевой технологии и точностью более 99%. В конечном счете цель состоит в том, чтобы использовать подобные технологии для ускорения разработки мощных квантовых устройств для решения реальных задач.
Ранее Наука Mail рассказала о том, что самый мощный российский квантовый компьютер достиг 70 кубитов.
