Разработан принципиально новый тип кубита для квантового компьютера

10 Апреля 2018, Николай Хижняк 19

Международная группа ученых, состоящая из российских, британских и германских специалистов в области квантовых технологий, создала революционную технологию кубитов, основанную не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нанопроволоке. О своей работе исследователи поделились в журнале Nature Physics.

В мире пока нет универсальных квантовых компьютеров, способных справляться с любыми задачами, однако разрабатываемые методы и принципы вычислений уже сейчас позволяют решать сверхсложные задачи. Например, с помощью кубитов моделируют химические соединения и материалы, воссоздают механизм процессов фотосинтеза.


На данный момент существует несколько типов кубитов, но у каждого из них имеется недостаток, который снижает эффективность их работы. Например, созданные кубиты, способные работать в оптическом диапазоне, сложно масштабировать, в отличие от кубитов на сверхпроводниках, работающих в радиодиапазоне и основанных на так называемых джозефсоновских переходах. Каждый такой переход представляет собой разрыв сверхпроводника, а точнее, слой диэлектрика, через который туннелируют электроны.

Новый тип кубита основан на эффекте квантового проскальзывания фазы – контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (порядка 4 нм толщиной) нанопроволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление.

Алексей Устинов, являющийся соавтором новой работы, руководителем группы Российского квантового центра, заведующим лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС», а также профессором Института технологий Карлсруэ, отметил, что сейчас удалось создать новый тип сверхпроводящих устройств, во многом аналогичных СКВИДу (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»).

СКВИД представляет собой сверхчувствительный магнитометр, основанный на джозефсоновских переходах и использующийся для измерения слабых магнитных полей. Однако интерференция в новом устройстве вызывается не магнитным полем, а электрическим, которое меняет электрический заряд на островке между двумя нанопроволоками. Эти нанопроволоки играют в устройстве роль джозефсоновских переходов, но при этом не требуют создания разрывов и могут быть изготовлены из одного слоя сверхпроводника.

Алексей Устинов отмечает: в данной работе удалось показать, что эта система может работать как зарядовый интерферометр.

«Если нанопроволоку разбить на два участка и сделать в центре утолщение, то, меняя затвором заряд на этом утолщении, можно фактически делать периодическую модуляцию процесса квантового туннелирования магнитных квантов через проволоку, что в этой работе и наблюдается», — прокомментировал ученый.

Это ключевой момент, доказывающий, что получен управляемый и когерентный эффект и что его можно применять для создания кубитов нового поколения. Также Устинов рассказал, что разработка обладает не меньшей функциональностью, чем предыдущие, но более проста в изготовлении. Новая технология может стать в основе принципа работы всего набора элементов сверхпроводящей электроники.

19 комментариев Оставить свой

  1. Freeman042

    Ччерт! Действительно!! Ведь на поверхности было. Что так долго думали-то?

    • OPTIMIST

      Freeman042, Эээ,на какой поверхности? Нанопроводящей?

    • MASking

      Freeman042, Тю Я уже давно нанопроволоку использую у нее преимущество перед диодом что она двух сторонняя - может проводить сигнал или в ту сторону или в другую
      да ладно шучу)))))))

  2. Timon

    квантовые процессоры ждем что ли

    • MASking

      Timon, да как бы есть уже и давно - просто эти будут объединятся в один

  3. Dinosaur

    Именно поэтому некоторые страны прекратили гонку суперкомпьютеров. Разработки составляющих квантового компьютера идут полным ходом по всему миру и рывок должен произойти, как говориться, «со дня на день». А при создании квантовых компьютеров, уже в первом поколении, все современные суперкомпьютеры уйдут в тень и потеряют актуальность.

    • Aladdin

      Dinosaur, Рывок куда? в квантовую сингулярность))

  4. Falloutrulezz

    Где там тот поехавший со своим Универсальным Волновым Устройством из будущего? Ату, ату!

  5. Asmodeus55555

    Крузис потянет?

  6. botan

    Блин какие маленькие но мощные зараза......

  7. deaddreams

    Квантовый комп никогда не заменит классический, но порешает все NP-задачи. В роли калькулятора такой комп не пойдет, потому что его ответ всегда имеет вероятностную природу. Задаешь ему задачу 2+2 он тебе ответит что это 4 с вероятностью 95%. Произведешь тысячу сложений( то что делает классический процессор) и получишь на выходе полную чушь.Повторишь эксперимент - получишь совсем другой результат. Очевидно что квантовый компьютер имеет весьма ограниченную сферу применения, и домашние компы не заменит, как грезят многие.

    • Xobat

      deaddreams, Вполне возможен симбиоз кремниевых и квантовых процессоров, когда для одних задач будет использован один чип, для других - другой. Никого не удивляет встроенная и дискретные видеокарты, не будет удивлять и два процессора. :) Эффективность работы квантовых компьютеров будет зависеть от возможности исправления этих самых допущений, когда процент ошибок снизится с 1% до 0.000000000000000001%, ну и конечно от программного обеспечения. Новый тип программирования для новых задач, новая математика. В общем будет интересно. :)

      И да, чтобы избавиться от проблем с точными вычислениями, ты просто запускаешь процесс сложения 2+2 100 раз и правильным будет тот ответ, который выпадет бОльшее количество раз. И даже после миллиарда итераций сложения, ты получишь правильный ответ, практически исключив возможность ошибки. Всё очень просто.

  8. ReggaeStyle

    Я уже несколько лет назад читал о кристаллических процессорах в которых сигнал передается лазером а не электроном, их скорость в тысячи раз превосходит кремниевые вместо 3-4Мг выходит терагерцы - вот на основе такой технологии нужно делать РС.

    • Falloutrulezz

      ReggaeStyle, Это уже делает HP, проект "The Machine", полностью обновленный стек технологий сверху донизу. ЦПУ, шины на свету, мемристорная память, новая ОС и тд. Они чуть ли не всё поставили на карту. Выстрелит - и HP снова на коне.

      • bit_aspect

        Falloutrulezz, Очень интересную информацию дали! Где можно почитать поподробнее? На английском тоже можно, заранее спасибо!

    • array

      ReggaeStyle, тактовая частота - это количество операций в секунду.
      6GHz => 1.6666666666667E-10
      За это время свет преодолеет приблизительно 0.0299792458 метра. так что тут уже физические ограничения, не считая тепловыделения

  9. ilik54

    Квантовый компьютер уже существует во Вселенной, это Вселенская Разумная Энергетическая Система (ВРЭС), вопрос только в том, как им управлять и, как найти доступ к его информационному блоку. Впрочем, сейчас многие одаренные люди имеют прямой доступ к информационному полю ВРЭС, может, человеку надо просто совершенствоваться в этом направление и тогда всё будет в порядке.
    В квантовой механике есть такое понятие как суперпозиция, так, вот, исходя из её постулатов фотон, одновременно находится везде, а, значит, фотон будет там, где его начнут наблюдать. Это вопрос уровней, на высшем уровне фотон будет волной, а на низшем корпускулой. Про уровни никогда нельзя забывать - это очень важный момент в понимании сути мироздания. Возможно, принципы квантовой механики будут применены через 23 года, когда будет создан УГВК - универсальный генератор волновых колебаний. Так тогда не понадобятся ни телефоны, ни телевизоры, ни интернет, ни оружие, ни необходимость, что-то готовить из еды или производить промышленные изделия. Вот тогда-то и появится возможность во время телепортации человека корректировать человеческие свойства, а в результате возможность стать бессмертными.
    Впрочем, недавно в сети появилась информация о том, что уже создан материал, который способен держать свойства бесконечного квантования, называется он – «Иридат меди, он имеет геометрию сот, как сота в природе, но изготовлен из атомов», — рассказал исследователь Фазель Тафти: «Из-за такой геометрии, движение электронов никогда не замирает». Может это и будет первым шагом к квантовому компьютеру?

    • John_Headon

      ilik54, Я ждал этого коммента. Что ж Морти в этом измерении он пишет тоже, что и в С-137.

    • AzzzA

      ilik54, Да, бывает часто. Обматываю голову фольгой от шоколада и ловлю вселенско-рептилоидную информацию.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.