Квантовый компьютер на кремнии выполнил первые логические операции

Международная группа исследователей совершила прорыв в области масштабируемых квантовых технологий, впервые реализовав логический квантовый процессор на базе кремния. Это открывает путь к созданию отказоустойчивых вычислительных систем, совместимых с существующей полупроводниковой индустрией.

Кремний повсеместно используется в современной электронике, и теперь он становится все более полезным в квантовых вычислениях

Источник: Unsplash

Кремний, ставший основой современной электроники, доказал свою пригодность и для создания квантовых компьютеров. Ученые успешно использовали этот материал для выполнения логических операций в отказоустойчивых квантовых вычислениях (FTQC), что ранее не было реализовано. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Главной проблемой на пути к практическим квантовым компьютерам остается высокая чувствительность к ошибкам из-за внешних шумов и перекрестных помех, особенно остро эта проблема стоит при масштабировании кремниевых систем. Для подавления ошибок информацию кодируют в логических кубитах, распределяя ее между несколькими физическими. Хотя такой подход ранее был продемонстрирован на сверхпроводниках или нейтральных атомах, в кремнии его реализация считалась технически сложной задачей.

Исследовательская группа преодолела эти трудности, создав процессор на основе пяти ядерных спинов фосфора, расположенных в кластере доноров кремния. Ученые применили код обнаружения ошибок, который позволяет кодировать два логических кубита в четырех физических, минимизируя потребность в ресурсах. Управление вентилями осуществлялось с помощью комбинации методов ядерного и электронного спинового резонанса.

Совместимость кремния с существующими технологиями микросхем делают его перспективным материалом для масштабируемых квантовых вычислений

Источник: Unsplash

Работоспособность устройства проверили на практической задаче — вычислении энергии основного состояния молекулы воды. Для этого использовали вариационный квантовый алгоритм (VQE). Примененный комплекс методов снижения погрешностей, включая проверку четности и подгонку Клиффорда, позволил добиться высокой точности. Полученные экспериментальные данные, как отмечают авторы работы, показали значительное соответствие теоретическим расчетам.

В планах исследователей — дальнейшее совершенствование размещения доноров и снижение уровня перекрестных помех. Следующим этапом должно стать создание массивов донорных кластеров, которые позволят гибко наращивать количество логических кубитов, приближая эру полноценных отказоустойчивых квантовых вычислений на кремниевой платформе.

Ранее Наука Mail рассказывала, что квантовые компьютеры могут упереться в предел мощности.