Криочип преодолевает препятствие на пути создания крупномасштабных квантовых компьютеров

QuTech решила серьезную проблему на пути к работающему крупномасштабному квантовому компьютеру. QuTech, сотрудничество TU Delft и TNO, и Intel разработали и изготовили интегральную схему, которая может управлять кубитами при чрезвычайно низких температурах. Это открывает путь к важной интеграции кубитов и управляющей электроники в одном чипе. Ученые представили свои исследования на конференции ISSCC в Сан-Франциско.

Квантовые компьютеры

«Этот результат приближает нас к крупномасштабному квантовому компьютеру, который может решать проблемы, с которыми не могут справиться даже самые мощные суперкомпьютеры. Решение этих проблем может оказать сильное влияние на повседневная жизнь, например, в области медицины и энергетики», — сказал руководитель группы Фабио Себастьяно из QuTech и факультета электротехники, математики и информатики.

Экстремальные температуры

«Прежде чем у нас появится работающий крупномасштабный квантовый компьютер, предстоит решить множество проблем», — сказал Себастьяно. « квантовая информация хранящиеся в кубитах, могут быстро деградировать и стать непригодными для использования, если кубиты не охлаждаются до температур, очень близких к абсолютному нулю (-273 градуса по Цельсию или 0 по Кельвину). По этой причине кубиты обычно работают внутри специальных холодильников при температуре всего 0,01 К, контролируемых обычной электроникой, работающей при комнатной температуре».

Масштабирование

Для подключения каждого кубита к управляющая электроника. Хотя это осуществимо для небольшого количества кубитов, используемых сейчас, этот подход станет непрактичным для миллионов кубитов, необходимых для полезных квантовых компьютеров. «Это было бы равносильно тому, чтобы взять 12-мегапиксельную камеру на своем мобильном телефоне и попытаться индивидуально подключить каждый из миллиона пикселей к отдельной электронной схеме», — сказал Себастьяно. «Более жизнеспособное решение — эксплуатировать электронику, управляющую кубитами, при чрезвычайно низких (криогенных) температурах, чтобы их можно было разместить как можно ближе к кубитам».

Хорс-Ридж

QuTech объединилась с Intel для решения именно этой проблемы. Результатом стал Хорс-Ридж — интегральная схема, названная в честь одного из самых холодных мест в Орегоне. Себастьяно: «Мы разработали и изготовили интегральную схему КМОП, способную управлять до 128 кубитами, которая может работать при температуре 3 К (-270 °C) и поэтому может быть описана как крио-КМОП-схема».

CMOS (дополнительный металлооксидный полупроводник) — это та же технология, которая используется в стандартных микропроцессорах. Таким образом, использование КМОП позволяет надежно изготавливать очень сложные схемы Состоит из миллиардов электрических компонентов, необходимых для крупномасштабных квантовых компьютеров.

Интегральная схема и кубит

Исследователи экспериментально продемонстрировали как правильную работу интегральной схемы, так и способность управлять настоящим спиновым кубитом. Спиновые кубиты являются одними из многообещающих кандидатов на роль кубитов в крупномасштабном квантовом компьютере. Себастьяно: «Это самая сложная крио-КМОП-схема, когда-либо продемонстрированная, и первая, способная управлять вращением». кубит.”

Один чип

Следующая задача – закрыть остающийся температурный разрыв. «Ожидается, что спиновые кубиты будут функционировать при несколько более высоких температурах, чем достигаются сейчас, скажем, выше 1,5 К», — сказал Себастьяно. «Наша схема крио-КМОП теперь работает при 3 К. Если мы сможем преодолеть это температура Благодаря этому разрыву мы могли бы интегрировать кубиты и управляющую электронику в одном корпусе или чипе, получив таким образом чрезвычайно компактную систему».