Исследователи Сиднейского университета разработали масштабируемый чип, который интегрируется с кубитами и позволяет использовать миллионы квантовых вентилей без снижения производительности и может работать непосредственно рядом с квантовыми битами, или кубитами, при температуре, близкой к абсолютному нулю. По их заключению, этот разработка решает одну из самых сложных задач в создании крупномасштабных квантовых компьютеров, обеспечивая стабильность и доступность квантовой информации.

«Это выведет нас из области квантовых компьютеров, которые являются захватывающими лабораторными машинами, на этап, когда мы сможем начать изучать реальные проблемы, которые эти устройства могут решить для человечества», - сказал профессор Дэвид Рейли из наноинститута и школы физики Сиднейского университета, являющийся руководителем этого проекта.

Как сообщается, чип, построенный по стандартной КМОП-технологии, используемой в повседневной электронике, может управлять вращающимися кубитами. Они хранят данные в магнитной ориентации отдельных электронов и считаются масштабируемыми, поскольку основаны на существующих производственных процессах.

Доктор Кушал Дас, который разработал чип, объяснил важность этого: «Теперь, когда мы показали, что регулирование на уровне милликельвина не ухудшает производительность квантовых вентилей с одним и двумя кубитами, мы ожидаем, что многие последуют нашему примеру. К счастью для нас, это не так просто, но требуются годы, чтобы накопить ноу-хау и опыт для разработки криогенной электроники с низким уровнем шума, требующей лишь небольшого количества энергии».

Исследователи сравнили производительность криогенного чипа со стандартной установкой при комнатной температуре. Они не обнаружили заметного сокращения времени когерентности кубитов и незначительной потери точности во время работы. Чип потребляет всего 10 микроватт энергии. Его аналоговые компоненты потребляют всего 20 нановатт на мегагерц, что позволяет масштабировать систему до миллионов кубитов без существенного увеличения энергопотребления.

«Наша работа показывает, что при тщательном проектировании системы управления хрупкие кубиты едва ли заметят переключение транзисторов в чипе, расположенном на расстоянии менее миллиметра», — подчеркивают исследователи. Они также сообщили о согласованном поведении взаимодействия между кубитами, что позволяет предположить отсутствие значительных помех от электрических помех, несмотря на близость управляющего чипа.

Результаты исследования, по сообщению австралийских ученых, уже определяют коммерческое будущее квантовых технологий, в связи с чем они стали соучредителями Emergence Quantum, чтобы вывести на рынок свою платформу криогенного контроля. Компания стремится воплотить многолетний опыт лабораторий в масштабируемые продукты для мировых производителей квантового оборудования и считает, что полученный результат знаменует собой важный шаг на пути к практической интеграции.

«Это достижение лежит в основе цели австралийской технологической компании Diraq по интеграции наших кремниевых кубитов с классической управляющей электроникой в одном компактном корпусе, открывая путь к доступным квантовым компьютерам, которые потребляют гораздо меньше энергии».

Исследование опубликовано в журнале Nature.