Новый базовый компонент для создания более сложного и быстрого квантового компьютера

Ученые из университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW) создали новый тип квантового логического элемента, состоящего из двух кубитов, реализованных в виде отдельных атомов, размещенных на поверхности кремниевой подложки. Такой двух-кубитовый элемент представляет собой базовый компонент для создания более сложного квантового компьютера. Более того, элемент, созданный учеными UNSW, выполняет одну операцию приблизительно за 0.8 наносекунды, что в 200 раз быстрее, чем это могли делать любые другие логические элементы, основанные на двух спиновых кубитах, заключенных в кремнии.

Для создания квантового логического элемента ученые использовали наконечник сканирующего туннельного микроскопа, при помощи которого атомы фосфора были помещены внутрь выемок на поверхности кремния. И самой большой проблемой, с которой столкнулись ученые на этом этапе, стало соблюдение точного расстояния между атомами-кубитами, что, в свою очередь, обеспечило максимальное быстродействие квантового логического элемента. При этом, разработанный учеными способ манипулирования атомами обеспечил суб-нанометровую точность выполнения операций с отдельными атомами.

Логический элемент с двумя кубитами выполняет операции с квантовой информацией, заключенной в спине электронов атомов-кубитов, сопоставимые с операциями, выполняемыми классическими логическими элементами обычной кремниевой электроники. Все это требует не только размещения атомов-кубитов с высокой точностью на очень малом расстоянии друг от друга, помимо этого требуется создание окружающей их инфраструктуры, позволяющей калибровать, управлять и считывать информацию из кубитов.

В настоящее время ученые из UNSW заняты работами, направленными на адаптацию созданной ими технологии к условиям массового производства кремниевых квантовых вычислительных систем, в которых используется современное промышленное оборудование. Все это будет использовано чуть позже для создания первой квантовой интегральной схемы, на которой будет содержаться 10 кубитов со всей необходимой сопутствующей инфраструктурой. И, по прогнозам ученых, это будет сделано не позднее, чем через три-четыре года.