Кремниевый прорыв: ученые создали первый логический квантовый процессор на базе обычных полупроводников

Пока индустрия квантовых вычислений соревнуется в количестве кубитов, которые распадаются от малейшего дуновения ветра, исследователи решили вспомнить о материале, который уже полвека держит на себе всю земную электронику. Международная группа ученых под руководством Чуньхуя Чжана (Chunhui Zhang) и Фэн Сю (Feng Xu) из Университета штата Аризона и Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) представила первый в мире логический квантовый процессор на основе кремния.

Это не просто очередной лабораторный эксперимент, а попытка обуздать квантовый хаос при помощи технологий, которые мы уже умеем масштабировать. Кремний выбран не случайно: он обладает длительным временем когерентности спиновых кубитов и полностью совместим с существующими производственными процессами. Проблема лишь в том, что до сих пор никому не удавалось заставить его выполнять универсальные логические операции в рамках стойких к ошибкам вычислений (FTQC).

Физики использовали пять ядерных спинов фосфора, размещенных в кремниевом донорном кластере. Чтобы система не превратилась в генератор случайных ошибок, применили квантовый код [[4, 2, 2]]. Его суть в том, что четыре физических кубита объединяются для формирования двух логических. Это позволяет существенно экономить аппаратные ресурсы, не теряя при этом в надежности. Если один из физических элементов "даёт сбой", логический уровень позволит исправить ситуацию без потери данных.

Для управления процессом использовали ядерный магнитный резонанс и электронный спиновый резонанс. Такой тандем позволил повысить точность манипуляций и, что самое важное, снизить уровень перекрестных помех. Последние обычно являются головной болью для разработчиков квантовых систем, поскольку шум от одного кубита часто