Создание мощных квантовых компьютеров упирается в серьезную техническую проблему, когда на одном чипе нужно скоординировать миллионы кубитов, но современные технологии позволяют напрямую взаимодействовать лишь соседним элементам. Исследователи из Уорикского университета и Канадского национального исследовательского совета предложили концепцию, способную преодолеть это ограничение, — квантовые фононные каналы (Quantum Phononic Links, QPL).
Суть подхода — использовать звуковые колебания (фононы) как средство передачи квантовой информации между удаленными кубитами. Для этого применяется особый материал — германий на кремнии с компрессионной деформацией, впервые созданный в Уорикском университете с помощью методов эпитаксиального роста. В такой структуре кубиты крайне чувствительны к вибрациям, проходящим через тонкий слой германия. Контролируя эти колебания, ученые показали принципиальную возможность обмена квантовыми данными между элементами, разделенными расстоянием вплоть до 300 мм — то есть практически на всю ширину стандартного полупроводникового чипа.
Одна из ключевых проблем квантовых вычислений — связь между кубитами на больших расстояниях. Наша работа представляет новую концепцию, в которой фононы выступают в роли квантовой шины, позволяя удаленным кубитам обмениваться квантовой информацией, оставаясь при этом полностью совместимыми с полупроводниковыми технологиями.
Такой способ связи выгодно отличается от альтернативных решений. Например, подходы на базе микроволн или поверхностных акустических волн требуют внешнего оборудования и сложных конструкций. В предложенной же схеме логические элементы интегрируются непосредственно в тот же полупроводниковый материал, где размещены кубиты. Благодаря совместимости с устоявшимися производственными процессами технология потенциально может стать более компактной, экономичной и масштабируемой — а значит, приблизить появление коммерческих квантовых процессоров.
Публикация с описанием концепции вышла в журнале APL Quantum. Представленная идея пока остается концепцией, но ее совместимость с существующей полупроводниковой базой делает ее перспективной для дальнейшей проработки. Если подход удастся реализовать на практике, он поможет решить одну из главных инженерных задач на пути к крупномасштабным квантовым компьютерам.
Ранее Наука Mail рассказывала, что измеренные состояния иттербия помогут улучшить квантовые компьютеры и атомные часы.