Но теперь исследователи под руководством профессора Эндрю Дзурака из Университета Южного Уэльса в Сиднее решили эту проблему.
«Наши новые результаты открывают путь от экспериментальных устройств к доступным квантовым компьютерам для реального бизнеса и государственных приложений», – говорит профессор Дзурак.
Проверенная исследователями концепция элементарной ячейки квантового процессора на кремниевом чипе работает на 1.5 Кельвинов – в 15 раз теплее, чем у основной конкурирующей технологии на основе чипов, разработанной Google, IBM и другими компаниями, в которой используются сверхпроводящие кубиты.
«Это все еще очень холодно, но это температура, которую можно достичь, используя охлаждение всего на несколько тысяч долларов, а не миллионы долларов, необходимые для охлаждения чипсов до 0.1 Кельвин, – объясняет Дзурак.
"Хотя это трудно оценить, используя наши повседневные представления о температуре, в квантовом мире это увеличение является экстремальным."
Ожидается, что квантовые компьютеры превзойдут обычные по ряду важных задач, от точного производства лекарств до алгоритмов поиска.
Однако создание такого устройства, которое можно было бы изготавливать и эксплуатировать в реальных условиях, представляет собой серьезную техническую задачу.
Исследователи UNSW считают, что они преодолели одно из самых серьезных препятствий на пути превращения квантовых компьютеров в реальность.
В статье, опубликованной в журнале Nature сегодня, команда Дзурака вместе с коллегами из Канады, Финляндии и Японии сообщает о проверенной концепции элементарной ячейки квантового процессора, которая, в отличие от большинства проектов, исследуемых во всем мире, не нуждается в работе на температура ниже одной десятой градуса Кельвина.
Команда Дзурака впервые объявила о своих экспериментальных результатах через академический допечатный архив в феврале прошлого года.
Затем, в октябре 2019 года, группа в Нидерландах во главе с бывшим докторантом группы Дзурака Менно Вельдхорстом объявила о аналогичном результате с использованием той же кремниевой технологии, разработанной в UNSW в 2014 году. Подтверждение этого поведения «горячего кубита» двумя группами на противоположных сторонах мира привело к тому, что две статьи были опубликованы «бок о бок» в одном и том же номере журнала Nature сегодня.
Пары кубитов – фундаментальные единицы квантовых вычислений. Как и его классический вычислительный аналог – бит – каждый кубит характеризует два состояния, 0 или 1, для создания двоичного кода.
Однако, в отличие от бита, он может проявлять оба состояния одновременно, в так называемой "суперпозиции"."
Элементарная ячейка, разработанная командой Дзурака, состоит из двух кубитов, заключенных в пару квантовых точек, встроенных в кремний. Результат в увеличенном масштабе может быть произведен с использованием существующих заводов по производству кремниевых чипов и будет работать без необходимости в охлаждении на несколько миллионов долларов.
Также было бы проще интегрироваться с обычными кремниевыми чипами, которые понадобятся для управления квантовым процессором.
Например, квантовый компьютер, способный выполнять сложные вычисления, необходимые для разработки новых лекарств, потребует миллионы пар кубитов, и обычно считается, что до него осталось не менее десяти лет. Потребность в миллионах кубитов представляет собой серьезную проблему для дизайнеров.
«Каждая пара кубитов, добавленная в систему, увеличивает общее количество выделяемого тепла, – объясняет Дзурак, – а добавленное тепло приводит к ошибкам. Это в первую очередь то, почему современные разработки должны быть настолько близки к абсолютному нулю."
Перспектива поддерживать квантовые компьютеры с достаточным количеством кубитов, чтобы их можно было использовать при температурах намного ниже, чем в глубоком космосе, устрашающая, дорогая и доводит технологии охлаждения до предела.
Команда UNSW, однако, создала элегантное решение проблемы, инициализировав и «считывая» пары кубитов, используя туннелирование электронов между двумя квантовыми точками.
Доказательные эксперименты были выполнены доктором Генри Янгом из команды UNSW, которого Дзурак описывает как «блестящего экспериментатора."