Учёные предложили связывать удалённые кубиты колебаниями кристалла

Исследователи Уорикского университета и Национального исследовательского совета Канады представили архитектуру, которая может помочь создавать более крупные квантовые процессоры. В её основе — фононы, кванты колебаний кристаллической решётки. Они должны стать посредниками для обмена квантовой информацией между удалёнными кубитами. Работа опубликована в журнале APL Quantum.

Предложенный подход получил название Quantum Phononic Links, или QPL — квантовые фононные связи. Одна из трудностей масштабирования квантовых компьютеров связана с тем, что во многих архитектурах кубиты напрямую взаимодействуют преимущественно с ближайшими соседями. По мере увеличения процессора становится сложнее согласовывать работу его отдельных частей. Для будущих систем с очень большим числом кубитов нужны связи, охватывающие разные участки устройства.

Авторы предлагают использовать специальные волноводы и резонаторы, которые направляют и удерживают акустические колебания внутри полупроводника. Такие структуры могут выполнять роль «квантовой шины», соединяющей кубиты. Фононы при этом не являются отдельными атомами: это квантовое описание коллективных колебаний материала. Основой служит тонкий слой германия с деформацией сжатия на кремнии. В этой системе исследователи рассматривают спиновые кубиты на дырках. Дырка — отсутствие электрона в полупроводнике, которое ведёт себя как носитель положительного заряда.

Для кодирования квантовой информации используется её спиновое состояние. Особенность таких кубитов — высокая чувствительность к деформации кристаллической решётки. Благодаря этому колебания могут непосредственно взаимодействовать со спином. Авторы описывают возможность управлять связью через специально подобранные акустические режимы без пьезоэлектрических преобразователей, обычно применяемых в технологиях поверхностных акустических волн. По замыслу команды, QPL могут обеспечивать взаимодействие как близких кубитов, так и элементов, разделённых расстояниями в масштабе полупроводниковой пластины. Университет указывает перспективу работы на пластинах диаметром до 300 миллиметров.

Это оценка возможностей концепции, а не сообщение об уже выполненной передаче квантовой информации на 30 сантиметров. Важным преимуществом исследователи считают совместимость с существующими полупроводниковыми технологиями производства. Каналы связи предполагается формировать в самом материале, что потенциально позволит уменьшить количество дополнительных компонентов и упростить масштабирование. Разработка пока не означает появления готового процессора с миллионом кубитов. Она предлагает путь к устранению одной из ключевых инженерных преград. Для практического применения потребуется экспериментально проверить, насколько надёжно фононные связи смогут сохранять квантовую информацию и объединять элементы реального устройства.

• Учёные создали самые точные атомные часы в мире
• Учёные предложили превращать пластиковые отходы в бензин и дизельное топливо
• ИИ и смешанную реальность впервые объединили при установке зубного импланта
• Капли воды могут повреждать краску микроскопическими электрическими разрядами
• Умные часы завышают расход калорий: учёные проверили четыре популярные модели
• Учёные обнаружили, что сверхтонкие алмазные мембраны способны вырабатывать электричество
• Учёные разработали жевательную резинку, которая может снижать уровень HPV и опасных бактерий во рту
• Ученые расплавили алмаз при давлении выше, чем в недрах Нептуна