Физики из Центра квантовой фотоники Бристольского университета (Великобритания) создали кремниевую микросхему, способную стать элементной базой для квантовых компьютеров. При этом они использовали традиционную технологию «кремний на изоляторе», что позволяет говорить о потенциальной дешевизне разработки.

В отличие от кремниевых микросхем внутри вашего компьютера, изделие бристольцев контролирует не потоки электронов, а отдельные фотоны, подверженные таким квантовым эффектам, как суперпозиция (способность фотона находиться одновременно в двух местах) и запутанность (тесное синхронное взаимодействие двух частиц, в том числе при (теоретически) сколь угодно большом расстоянии между ними).

Рис. 1. Кремниевые микросхемы, способные работать с квантовыми состояниями фотонов, позволили на три порядка миниатюризовать элементарные модули квантовых вычислений. (Здесь и ниже иллюстрации Mark G. Thompson et al).

«Используя кремний для манипуляции светом, мы добились того, что микросхемы стали в тысячу с лишним раз меньше, чем устройства, базирующиеся на оптоволоконных материалах», — говорит Марк Томпсон (Mark Thompson), возглавляющий коллектив разработчиков.

И действительно, размер новых фотонных микросхем не превышает 10 мкм. По меркам электронных неквантовых устройств это ничто, но для рассматриваемых компьютеров стало колоссальным шагом вперёд. Быть может, именно теперь получится выбраться за пределы нынешней младенческой стадии развития, когда создать удаётся лишь квантовые мини-компьютеры всего в несколько кубитов.

Рис. 2. Полиамиды, кремний и сверхтонкий слой золота. Как видим, никаких экзотичных для нынешней микроэлектроники материалов.

Среди прочего кремниевая реализация квантовой элементной базы позволит, по мнению авторов, совместить квантовые и обычные компьютеры в одном гибридном устройстве — черта, о которой раньше можно было только мечтать. Ну а вспомнив о недавних результатах по генерации фотонных кубитов на одиночной микросхеме и регистрации одиночных фотонов сходными методами, наверное, можно говорить о том, что все элементы создания эффективных квантовых компьютеров уже на месте и в ближайшем будущем нас ожидает бурный прогресс в этой области.

Отчёт об исследовании появился в New Journal of Physics.