В Японии создали первый работающий квантовый компьютер на основе алмаза
Японская Fujitsu представила работающий прототип квантового компьютера, в котором для хранения квантовой информации используются дефекты в кристаллах алмаза. Как сообщила компания 8 сентября, устройство стало первым прототипом такого типа с центрами «олово-вакансия» (SnV), встроенными в фотонные интегральные схемы.
Вместо привычных сверхпроводящих схем здесь используются особые участки кристаллической решетки алмаза. В них атом олова соседствует с пустым местом в структуре кристалла. Такое сочетание может выступать в роли кубита — элемента, способного одновременно находиться в нескольких квантовых состояниях.
Прототип работает при температуре около −271,6 °C. Это немного выше температуры, при которой обычно работают сверхпроводящие квантовые компьютеры, около −273,13 °C. Кроме того, Fujitsu уже проверила управление системой через собственную гибридную квантовую платформу без специальной подготовки оператора.
Алмаз соединяют со светом
Одна из главных особенностей разработки — использование фотоники. Центры SnV испускают одиночные фотоны, а специальные оптические волноводы направляют их внутри схемы. Это позволяет связывать между собой отдельные квантовые модули и в перспективе собирать из них более крупную систему.
Для этого инженеры разработали технологию соединения тонкого слоя алмаза с подложкой из оксида алюминия и диоксида кремния. Толщину алмазного слоя удалось уменьшить с нескольких сотен микрометров до нескольких сотен нанометров.
Компания также создала систему управления такими кубитами. Она переводит команды квантовых алгоритмов в последовательности сигналов, которые используют свет, микроволны и радиочастотное излучение.
В Fujitsu рассчитывают, что центры SnV будут устойчивее к внешним помехам, чем традиционно применяемые в алмазных системах азотно-вакансионные центры (NV). Алмаз также помогает сохранять квантовое состояние, что важно для уменьшения числа физических кубитов, необходимых для создания одного надежного логического кубита.
Следующий шаг — несколько модулей
Разработка стала результатом совместного исследования Fujitsu, Делфтского технического университета и института QuTech, которое продолжается с 2020 года. В 2027 году компания планирует создать прототип уже из нескольких соединенных алмазных модулей.
Параллельно Fujitsu собирается объединить алмазный подход со сверхпроводящими квантовыми технологиями. Компания рассчитывает получить систему на 250 логических кубитов к 2030 финансовому году и на 1000 — к 2035 году.
«Алмазный подход, который мы применили в этом прототипе, не только обладает высоким потенциалом для масштабирования, но и может быть объединен со сверхпроводящими квантовыми компьютерами, чтобы расширить их возможности и выполнять более сложные и масштабные вычисления», — заявил технический директор Fujitsu Вивек Махаджан.
По словам генерального директора QuTech Кееса Эйкеля, создание прототипа стало важным этапом совместной работы, однако масштабирование алмазных квантовых систем остается сложной задачей.
