Учёные предложили архитектуру квантовых вычислительных чипов, которая позволяет связывать удалённые кубиты с помощью колебаний кристаллической решётки. Такой подход может приблизить создание систем, способных обрабатывать большие объёмы данных, включая компьютеры более чем с миллионом кубитов. Результаты исследования опубликованы 15 июня в журнале APL Quantum.
Проблема современных квантовых процессоров заключается в том, что кубитам трудно обмениваться информацией, если они не находятся рядом. Для решения этой задачи исследователи разработали Quantum Phononic Links (QPL) — квантовые фононные связи. Фононы представляют собой квазичастицы, переносящие энергию колебаний, а созданные на их основе структуры могут передавать данные между удалёнными кубитами.
«Одной из ключевых проблем квантовых вычислений является связь между удалёнными кубитами. Наша работа представляет новую концепцию, в которой фононы выступают в роли квантовой шины, позволяя удалённым кубитам обмениваться квантовой информацией при полной совместимости с полупроводниковыми технологиями», — заявил первый автор исследования Максим Миронов, доцент кафедры полупроводниковых материалов и устройств Уорикского университета в Великобритании. Его слова приводит сайт Уорикского университета.
Наиболее перспективной основой для масштабной системы учёные считают кубиты на спинах дырок в полупроводниках. «Дырка» — это отсутствие электрона в материале, однако она ведёт себя подобно частице и обладает спиновым состоянием. Направление спина может использоваться для кодирования нулей и единиц квантовой информации.
Для демонстрации метода исследователи создали прототип квантового процессора из кремния с тонким слоем германия, находящегося под сжимающим напряжением. Этот материал получил название cs-GoS — сжимающе напряжённый германий на кремнии. Германий снижает декогеренцию, то есть потерю квантовой информации из-за внешних воздействий, а фононные волноводы и резонаторы направляют акустические колебания внутри сверхтонкого слоя, выполняющего роль квантовой ямы.
С помощью QPL учёные передавали вибрации, похожие на звуковые, между удалёнными кубитами. Разработанная технология позволяет соединять элементы на расстоянии менее микрометра, то есть одной тысячной миллиметра, а также на дистанции до 300 мм. По данным исследователей, такая связь может помочь масштабировать коррекцию квантовых ошибок и объединять полупроводниковые спиновые кубиты с другими квантовыми платформами, включая облачные квантовые вычисления.