Физики из Австралии создали первую квантовую "интегральную схему"

"Австралийские ученые создали первую полноценную "квантовую" кремниевую микросхему, способную исполнять все манипуляции с кубитами без помощи "внешних" приборов. Результаты их опытов и перспективы ее применения были представлены в журнале Nature Communications.

"Классические технологии "печати" микросхем позволят нам создавать миллионы кубитов внутри одного чипа. Это крайне важно для создания универсальных квантовых вычислительных машин, способных корректировать свои собственные ошибки и работать неограниченно долго", — заявил Эндрю Дзурак из университета Нового Южного Уэльса (Австралия).

Дзурак и его коллеги по университету уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного полупроводникового квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора-31.

В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года Дзурак и его команда сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ. Недавно им удалось защитить их от помех, сделав большой шаг в сторону создания "рабочей" квантовой машины.

Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как "обычные" полупроводниковые кубиты могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.

Решив эту проблему два года назад, австралийские ученые задумались о том, как можно "склеить" кубиты в единое целое и научиться "печатать" их так, как это делают производители электроники при создании микросхем. Плодом этих размышлений стали первые планы по созданию квантовых "микросхем", представленные командой Дзурака в прошлом декабре.

Эти идеи, как отмечает Дзурак, его команде недавно удалось воплотить на практике, используя так называемую КМОП-технологию – одну из самых распространенных и отработанных методик изготовления микросхем. Ученые применили ее для "печати" всех компонентов кубитов, а также микроволновых излучателей, квантовых точек и транзисторов, необходимых для корректной записи новых данных в квантовую ячейку памяти.

Работу этого чипа ученые проверили, записав и считав произвольные наборы данных в два соседних кубита. Как показал этот эксперимент, время работы ячеек памяти несколько снизилось, упав до четверти микросекунды. При этом они были достаточно стабильными, а манипуляции с индивидуальными кубитами не вносили помехи в содержимое их соседей.

Вероятность появления ошибок в их работе, как отмечают ученые, пока составляет 5%, что достаточно мало для кремниевых узлами квантовых машин, но пока слишком много для создания полноценного универсального квантового компьютера, способного решать любые задачи.

Как надеются Дзурак и его коллеги, дальнейшие опыты и совершенствование технологий "печати" позволит им довести этот показатель до магической отметки в 1%, при достижении которой коррекция ошибок начинает работать даже на небольшом числе кубитов."©