Про це розповідає KURAZH
Міжнародна команда науковців під керівництвом Чунхуї Чжана з Університету штата Аризона та Фен Сю з Університету Джонса Гопкінса вперше у світі створила логічний квантовий процесор на основі кремнію. Такий прорив у галузі квантових обчислень став важливим кроком до практичного застосування квантових технологій у сучасній електроніці.
Інноваційний підхід: кремній і стійке кодування
На відміну від більшості сучасних квантових платформ, які базуються на нестабільних кубітах, дослідники обрали для свого пристрою кремній — матеріал, добре відомий завдяки тривалому часу когерентності спінових кубітів та повній сумісності з сучасними виробничими процесами. До цього моменту нікому не вдавалося змусити кремній виконувати універсальні логічні операції в межах обчислень із виправленням помилок (FTQC).
Основою процесора стали п’ять ядерних спінів фосфору, імплантованих у кремнієвий донорний кластер. Щоб уникнути великої кількості помилок, було застосовано квантовий код [[4, 2, 2]], який дозволяє чотирьом фізичним кубітам створювати два логічних. Це значно економить апаратні ресурси та гарантує надійність — у разі збою одного з елементів система здатна відновити інформацію без її втрати.
Для керування процесором науковці використовували комбінацію ядерного магнітного резонансу та електронного спінового резонансу. Такий підхід забезпечив підвищену точність маніпуляцій та зменшив рівень перехресних перешкод, які традиційно ускладнюють створення масштабованих квантових систем.
Перевірка на практиці: квантове моделювання води
Для демонстрації працездатності пристрою команда виконала варіаційний квантовий алгоритм VQE, який використовується для розрахунку енергії основного стану молекули води — класичне завдання для тестування можливостей квантових комп’ютерів у хімічному моделюванні.
У ході експерименту застосовували три різні методи виправлення помилок:
- Перевірка паритету;
- Симетрична верифікація;
- Логічні вентилі Кліффорда для двох кубітів.
Розрахунки виявилися надзвичайно точними і повністю відповідали теоретичним прогнозам. Це доводить, що використання донорних кластерів у кремнії може стати основою для створення потужних і масштабованих квантових комп’ютерів у майбутньому.
Робота демонструє перехід від експериментів із фізичними кубітами до стійкого логічного кодування, що відкриває реальні можливості для квантових обчислень на кремнії
У найближчих планах науковців — оптимізація розташування донорів, подальше зниження шумів та збільшення кількості логічних кубітів. У разі успіху ця технологія дозволить створювати адаптивні обчислювальні архітектури для вирішення широкого спектра завдань без необхідності у надскладному холодильному обладнанні.
Варто зазначити, що поки фізики вдосконалюють квантові процесори, паралельно ведуться інтенсивні дослідження у сфері біологічних мереж, зокрема, вивчення механізмів зв’язків у мозку приматів, що теж можна вважати програмуванням, хоча й іншого рівня складності.
