Британские учёные заявили, что они разработали самый производительный в мире квантовый вычислительный чип, который может стать частью «работоспособного» квантового компьютера к 2027 году.
Новый чип использует интегрированное управляющее устройство для регуляции состояния кубитов и, в отличие от типичных квантовых чипов, может быть массово произведён с использованием обычных процессов полупроводникового производства.
Ключевым элементом технологии является то, как она обрабатывает квантовые биты, или кубиты, которые являются основными единицами информации в квантовых вычислениях.
Один из подходов к управлению кубитами в квантовых компьютерах — это технология захваченных ионов. Она включает изоляцию отдельных заряженных атомов (ионов) в электромагнитном поле, известном как ловушка ионов, и использование лазеров для точного контроля их квантового состояния. Это позволяет манипулировать ионами и использовать их в качестве кубитов для хранения и обработки квантовой информации.
И хотя технология захваченных ионов эффективна для поддержания стабильности кубитов, она не является масштабируемой и практичной из-за высокой стоимости и сложности лазерных технологий.
Но новый чип, разработанный Oxford Ionics, полностью отказывается от лазеров и использует запатентованную систему «электронного контроля кубитов» для регулирования состояния захваченных ионов. Поскольку всё необходимое для управления кубитами интегрировано в кремний, новый чип более надёжен и его легче производить в больших масштабах, говорится в заявлении учёных.
Исследователи заявили, что в ходе испытаний новый чип показал вдвое большую производительность по сравнению с существующими рекордсменами, используя при этом в 10 раз меньше кубитов. Результаты были опубликованы 10 июля на сервере препринтов arXiv.
«Когда вы создаёте квантовый компьютер, производительность так же важна, как и размер — увеличение количества кубитов ничего не значит, если они не дают точных результатов», — заявил соавтор исследования Том Харти (Tom Harty), соучредитель и технический директор Oxford Ionics.
«Теперь мы доказали, что наш подход на сегодняшний день обеспечивает высочайший уровень производительности в области квантовых вычислений и сейчас находится на уровне, необходимом для того, чтобы начать раскрывать коммерческое влияние квантовых вычислений. Это невероятно захватывающий момент для нашей команды и для позитивного влияния, которое квантовые вычисления окажут на общество в целом».
Для исследования компания Oxford Ionics изготовила ионную ловушку размером всего несколько микрометров в поперечнике, которая легла в основу её квантового чипа.
Исследователи измеряли производительность чипа по тому, насколько точно он может выполнять операции, известные как точность вентиля — мера того, насколько близко квантовый вентиль (строительные блоки квантовых схем, похожий на логический вентиль в классических вычислениях) соответствует своей идеальной теоретической работе.
Учёные заявили, что их чип достиг точности однокубитного вентиля на уровне 99,9992% и двухкубитного вентиля на уровне 99,97% — самые высокие показатели, зарегистрированные на сегодняшний день для любого квантового чипа, без необходимости исправления ошибок.
«С самого начала мы придерживались подхода «ракетного корабля» — сосредоточившись на создании надёжных технологий, сначала решая действительно сложные задачи, — сказал в своём заявлении соавтор исследования Крис Балланс (Chris Ballance), соучредитель и генеральный директор Oxford Ionics. — Это означало использование новой физики и умной инженерии для разработки масштабируемых, высокопроизводительных кубитных чипов, которые не нуждаются в исправлении ошибок для получения полезных приложений и могут управляться с помощью классического полупроводникового чипа… Теперь мы можем сосредоточиться на коммерциализации нашей технологии и предоставлении полезных квантовых вычислений в масштабе.»
Oxford Ionics передаст архитектуру чипа Национальному центру квантовых вычислений Великобритании (NQCC) в рамках своей программы испытаний квантовых вычислений.
В заявлении Майкл Катберт (Michael Cuthbert), директор NQCC, сказал:
«Мы действительно рады видеть, как это будет развернуто, и как мы сможем использовать эти ультра-высокопроизводительные кубиты для разработки алгоритмов и новых приложений.»
