Миниатюрный секрет из России может перевернуть рынок квантовых технологий

Российские ученые из НИТУ МИСИС совершили значительный прорыв в области квантовых вычислений, разработав технологию производства высококачественных флаксониумных сверхпроводящих кубитов.

Данная разработка представляет собой принципиально новую альтернативу традиционным трансмонным кубитам, используемым в большинстве современных квантовых компьютеров. Ключевое достижение заключается во впечатляющей точности однокубитных операций, достигающей 99,993%.

Это существенно превосходит показатели лучших аналогов на основе трансмонов, что подтверждается результатами тестирования, проведенными в НИТУ МИСИС.

Инженер НИТУ МИСИС и научный сотрудник Российского квантового центра Татьяна Чудакова, одна из ключевых фигур в этом исследовании, подчеркнула решающую роль сверхкоротких управляющих импульсов, длительностью всего шесть наносекунд, в достижении такой высокой точности. Это значительно меньше, чем у трансмонов, и указывает на принципиально новый подход к управлению квантовыми состояниями в флаксониумных кубитах.

Столь кратковременное воздействие минимизирует вероятность декогеренции — потери квантового состояния, являющейся одной из главных проблем в разработке стабильных квантовых компьютеров. Уменьшение времени воздействия позволяет проводить операции быстрее, что не только повышает производительность, но и снижает воздействие внешних шумов на хрупкие квантовые состояния. Это, в свою очередь, напрямую переводится в более высокую точность вычислений.

Важно отметить, что флаксониумы, являясь особым типом сверхпроводящих квантовых ячеек памяти, обладают уникальными свойствами, такими как значительно более длительное время когерентности по сравнению с другими типами сверхпроводящих кубитов. Это означает, что квантовая информация, хранящаяся во флаксониумном кубите, сохраняется стабильнее и дольше, что критично для проведения сложных квантовых вычислений.

Однако ранее существовали значительные препятствия на пути к практическому применению флаксониумов. Одной из главных проблем была сложность и низкая надежность выполнения двухкубитных операций — операций, требуемых для построения сложных квантовых схем и решения реальных вычислительных задач.

Двухкубитные операции представляют собой взаимодействие между двумя флаксониумными кубитами, необходимые для реализации квантовых алгоритмов. Эта низкая надежность связана с природой взаимодействия между кубитами, сложностью синхронизации и управлением их состояниями.

Российские ученые, однако, несколько лет назад сделали прорыв, разработав инновационный протокол управления, который успешно решил эту проблему. Этот протокол позволил значительно улучшить надежность и скорость выполнения двухкубитных операций с флаксониумами.

Разработка этого протокола — это результат фундаментальных исследований в области квантовой физики, требующий глубокого понимания квантовой механики и сложных математических моделей.

Он включает в себя специальные последовательности импульсов, которые оптимизированы для управления взаимодействием между кубитами, минимизируя ошибки и потери когерентности. Более того, этот протокол адаптирован к специфическим свойствам флаксониумов, используя их сильные стороны и компенсируя их недостатки.

Успех протокола стал мощным стимулом для разработки технологий промышленного производства высококачественных флаксониумных кубитов и масштабирования производства.

Сейчас перед учеными стоит задача перевести лабораторные успехи в область массового производства, что потребует решения множества технологических проблем. Это включает в себя разработку новых методов напыления и травления сверхпроводящих пленок, создание высокоточных систем управления и криогенных установок, а также разработку технологий интеграции флаксониумных кубитов в более сложные квантовые чипы.

Решение этих задач требует междисциплинарного подхода, объединяющего физиков, инженеров-электронщиков, материаловедов и программистов.

Достижение российских ученых — это значительный шаг вперед в гонке за создание мощных и стабильных квантовых компьютеров. Высокая точность однокубитных операций, совмещенная с успешным решением проблемы двухкубитных операций, открывает новые перспективы для использования флаксониумов в практических квантовых вычислениях.

Дальнейшая работа будет направлена на масштабирование технологии, что позволит создать квантовые процессоры с большим количеством кубитов, способных решать задачи, недоступные современным классическим компьютерам.

Это может революционизировать многие области, от медицины и материаловедения до финансов и искусственного интеллекта. Однако предстоит еще много работы для того, чтобы флаксониумные кубиты стали широко доступной технологией.