Команда ученых из Университета Нового Южного Уэльса создала самые быстрые в мире двухкубитные вентили на атомах кремния. Технология позволит ускорить работу квантового компьютера в 200 раз. Статья, посвященная разработке, опубликована в журнале Nature.

Кубитный (квантовый) вентиль преобразует входные состояния кубитов в выходные по определенному закону. Он подчиняется квантовой логике, и следовательно, работает по другим законам, нежели обычные логические вентили. Фактически, кубитный вентиль — это устройство, производящее логические операции (такие как «не», «или», «и» и так далее) с кубитами. От скорости работы этого устройства напрямую зависит и скорость вычислений самого квантового компьютера.

В новой работе демонстрируются двухкубитные (то есть рассматривающие логические операции между двумя кубитами) вентили. Ученые сообщают, что им удалось создать устройство, производящее вычислительную операцию всего за 0,8 нс. Это примерно в 200 раз быстрее существующих в настоящее время аналогов.

Исследователи поместили два атомных кубита на самое близкое друг к другу расстояние. Затем в режиме реального времени ученые наблюдали за ними и измеряли состояния их спинов. Напомним, что в отличие от бита, кубит передает данные не в двоичной системе — кроме значения «0» и «1» он имеет также суперпозицию этих двух значений. Поэтому в качестве кубитов принимают значения спинов электронов на оболочках атомов.

Уникальный подход команды к квантовым вычислениям требует не только размещения отдельных кубитов в кремнии, но и всех связанных с ними схем для инициализации, управления и считывания кубитов на наноуровне — концепция, которая требует такой изысканной точности, которая долгое время считалась невозможной. Но с этой важной вехой команда теперь может масштабировать свою технологию в процессоры.

«Оптимизация каждого аспекта конструкции устройства с атомной точностью позволила нам построить действительно быстрый, высокоточный двухкубитный вентиль, который является фундаментальным строительным блоком масштабируемого квантового компьютера на основе кремния, — говорит профессор Мишель Симмонс, директор Центра передового опыта в области квантовых вычислений и коммуникационных технологий (CQC2T). — Мы действительно показали, что можно управлять миром в атомном масштабе и что эта технология обладает массой преимуществ, самое главное из которых — высочайшая скорость работы».