Российские специалисты продолжают работу по созданию так называемого квантового компьютера, первые практически наработки в проекте которого были продемонстрированы несколько месяцев назад. При этом технологический процесс будущей работы такого компьютера неизменно связывался с использованием микроволнового электромагнитного излучения (высокочастотного).
Физики из Московского физико-технического университета, а также МИСиС и других вузов представили альтернативу электромагнитной основе работы квантового компьютера (КК). Совместно с коллегами из Британии разработан принцип работы квантовой системы, в которой элемент хранения данных в КК (так называемый кубит) взаимодействует не с электромагнитными волнами, а с волнами акустическими. Речь идёт о взаимодействии в специально созданном резонаторе.
Учёные отмечают, что возможность взаимодействия по линии «элементы квантовой оптики – элементы акустики» можно использовать в будущем для развития идей, связанных с реализацией амбициозного проекта квантовой компьютера. Заявлено, что у акустического подхода к реализации проекта есть ряд преимуществ перед эксплуатируемой до этого момента исключительно квантовой модели КК.
В чём суть предложения? Она – в том, что рабочий чип представлен в виде кварцевой пьезоэлектрической основы с напылением алюминиевой схемы и так называемого трансмона.
Для справки: трансмон – тип сверхпроводящего зарядового кубита, разработанный для снижения чувствительность к «шуму» зарядового эффекта. Трансмон достигает своей пониженной чувствительности к шуму заряда, значительно увеличивая отношение энергии Джозефсона к зарядной энергии. Это достигается за счёт использования шунтирующего конденсатора большой ёмкости. Концепция разработана американскими учёными в 2007 году.
Кроме того, в схему входит излучатель, приёмник и упомянутый резонатор, состоящий из пары зеркал, отражающих волны определённой длины.
Акустические волны, бегущие от зеркала к зеркалу в резонаторе, при этом возникают на поверхности твердотельной основы.
Вся конструкция охлаждается в криостате до температуры, которая стремится к абсолютному нулю (до нескольких мК — миллиКельвин). Это вызывает вопросы с точки зрения параметров использования КК в обычных условиях.
Трансмон с двумя энергетическими уровнями, между которыми и осуществляются переходы, в этой ситуации демонстрирует поведение, характерное для атома. Таким образом, учёные заявляют, что получили искусственный вариант атома, которым можно управлять. Управление связано с возможностью передавать кубиту энергию, переводя систему в состояние «квантового возбуждения». Затем может быть осуществлено контролируемое излучение энергии с определённой частотой. Таким образом, можно будет осуществлять считывание информации с кубита посредством учёта характеристик волн в резонаторе.
При всём, казалось бы, научном прорыве с квантовыми компьютерами, есть у квантовой концепции своя ахиллесова пята. Связана она с размером резонатора. Чем больше размеры резонатора, тем больше дефектов на поверхности используемого кристалла. Однако новое открытие позволяет, как полагают российские и британские учёные, создать резонатор высокой однородности размерами нескольких сотен микрометра – это существенно меньше системы, в которой используются исключительно квантовые принципы. А соответственно, и заделы по памяти и производительности тоже выше. С другой стороны, проблема в скорости распространения звуковой волны, которая, как известно более чем существенно ниже световой. Но всё же специалисты отмечают, что квантовый компьютер в итоге может оказаться «квантово-акустическим» — с принятием во внимание всех плюсов двух принципов работы.