Об этом сообщает KURAZH
Международная команда ученых под руководством Чунхуи Чжана из Университета штата Аризона и Фен Сю из Университета Джонса Хопкинса впервые в мире создала логический квантовый процессор на основе кремния. Этот прорыв в области квантовых вычислений стал важным шагом к практическому применению квантовых технологий в современной электронике.
Инновационный подход: кремний и устойчивое кодирование
В отличие от большинства современных квантовых платформ, которые основаны на нестабильных кубитах, исследователи выбрали для своего устройства кремний — материал, хорошо известный благодаря длительному времени когерентности спиновых кубитов и полной совместимости с современными производственными процессами. До этого момента никому не удавалось заставить кремний выполнять универсальные логические операции в рамках вычислений с исправлением ошибок (FTQC).
Основой процессора стали пять ядерных спинов фосфора, имплантированных в кремниевый донорный кластер. Чтобы избежать большого количества ошибок, был применен квантовый код [[4, 2, 2]], который позволяет четырем физическим кубитам создавать два логических. Это значительно экономит аппаратные ресурсы и гарантирует надежность — в случае сбоя одного из элементов система способна восстановить информацию без ее потери.
Для управления процессором ученые использовали комбинацию ядерного магнитного резонанса и электронного спинового резонанса. Такой подход обеспечил повышенную точность манипуляций и уменьшил уровень перекрестных помех, которые традиционно усложняют создание масштабируемых квантовых систем.
Проверка на практике: квантовое моделирование воды
Для демонстрации работоспособности устройства команда выполнила вариационный квантовый алгоритм VQE, который используется для расчета энергии основного состояния молекулы воды — классическая задача для тестирования возможностей квантовых компьютеров в химическом моделировании.
В ходе эксперимента применялись три различных метода исправления ошибок:
- Проверка паритета;
- Симметричная верификация;
- Логические вентилі Кліффорда для двух кубитов.
Расчеты оказались чрезвычайно точными и полностью соответствовали теоретическим прогнозам. Это доказывает, что использование донорных кластеров в кремнии может стать основой для создания мощных и масштабируемых квантовых компьютеров в будущем.
Работа демонстрирует переход от экспериментов с физическими кубитами к устойчивому логическому кодированию, что открывает реальные возможности для квантовых вычислений на кремнии
В ближайших планах ученых — оптимизация расположения доноров, дальнейшее снижение шумов и увеличение количества логических кубитов. В случае успеха эта технология позволит создавать адаптивные вычислительные архитектуры для решения широкого спектра задач без необходимости в сложном холодильном оборудовании.
Стоит отметить, что пока физики совершенствуют квантовые процессоры, параллельно ведутся интенсивные исследования в сфере биологических сетей, в частности, изучение механизмов связей в мозге приматов, что тоже можно считать программированием, хотя и другого уровня сложности.
