Квантовые компьютеры — это не просто лабораторные игрушки, а будущее вычислений. Но чтобы они стали по-настоящему полезными, нужно решить одну сложную задачу: сделать квантовые биты (кубиты) стабильными и удобными в управлении.

В журнале Nature вышло исследование, которое приближает нас к этому. Ученые из Сиднейского университета разработали систему управления кубитами, работающую при температурах, близких к абсолютному нулю.

Главный исследователь, профессор Дэвид Рейли, говорит:

Теперь мы можем перейти от кубитов, которые работают только в идеальных условиях, к реальным устройствам, способным решать практические задачи.

Команда создала кремниевый чип, который управляет спиновыми кубитами при температуре всего на доли градуса выше абсолютного нуля (–273,15 °C).

Спиновые кубиты — одни из самых перспективных, потому что их можно масштабировать, используя стандартные технологии производства микросхем (CMOS), как в обычных компьютерах. Проблема в том, что такие кубиты крайне чувствительны — малейший нагрев или помехи разрушают их состояние.

До сих пор считалось, что если разместить управляющую электронику рядом с кубитами, они начнут «шуметь» и работать хуже. Но команда Рейли доказала, что это не так. Их чип почти не влияет на кубиты, несмотря на то что находится всего в миллиметре от них.

Это открытие — результат сотрудничества между Сиднейским университетом и стартапом Diraq, который поставляет кубиты. Технология управления уже легла в основу новой компании Emergence Quantum, созданной Рейли и его коллегой Томасом Оки.

Ведущий автор исследования, доктор Сэм Барти, который работал над проектом еще аспирантом, теперь трудится в Diraq. Он говорит:

Сидней сейчас — одно из лучших мест для квантовых инженеров. Здесь рождаются технологии, которые изменят мир.

Доктор Кушал Дас, главный разработчик чипа, добавляет:

Мы показали, что можно управлять кубитами, не нарушая их работу. Теперь другие последуют нашему примеру, но это потребует времени — нужно накопить знания в области сверхнизкотемпературной электроники.

Что удалось доказать:

• Управляющий чип почти не снижает точность операций с кубитами.
• Квантовые состояния остаются стабильными, несмотря на близость электроники.
• Система потребляет всего 10 микроватт — это значит, ее можно масштабировать до миллионов кубитов.

Профессор Эндрю Дзурак, CEO Diraq, подчеркивает:

Это ключ к созданию компактных и энергоэффективных квантовых компьютеров.

Главный прорыв здесь — в преодолении «проблемы масштабирования». Сейчас квантовые компьютеры работают с десятками кубитов, но для реальных задач нужны миллионы. Если управляющая электроника должна находиться далеко от кубитов (чтобы не мешать), система становится громоздкой и дорогой. Решение Рейли позволяет разместить все в одном чипе, что резко удешевляет технологию.

Где это пригодится?

• Криптография — взлом шифров или создание неуязвимых квантовых сетей.
• Материаловедение — моделирование новых сплавов, лекарств, сверхпроводников.
• ИИ — ускорение машинного обучения за счет квантовых алгоритмов.

Но самое интересное — это гибридные системы, где квантовые и классические вычисления дополняют друг друга. Например, квантовый сопроцессор в вашем ноутбуке.

Исследование не отвечает на вопрос о долговечности кубитов в таких условиях. Да, они стабильны пока, но как поведут себя после миллионов операций? Кроме того, чип тестировался на небольшом числе кубитов — при масштабировании могут проявиться скрытые помехи.

Ранее эксперты заявили, что квантовые датчики обеспечат технологическую революцию к 2045 году.