В свежем обзоре  «Одноэлектронные спиновые кубиты в кремнии для квантовых вычислений», опубликованном в журнале Intelligent Computing, собраны последние достижения, проблемы и перспективы этой технологии.

Главное преимущество кремниевых кубитов — их совместимость с существующими полупроводниковыми производствами. Они стабильны, управляемы и могут работать при относительно высоких температурах (от 1 Кельвина).

Вот их ключевые свойства:

• Долгое время когерентности — до 0,5 секунды.
• Точность операций: одно-кубитные ворота — более 99,95%, двух-кубитные — выше порога отказоустойчивости.

Кремниевые квантовые точки (искусственные атомы) — основа таких кубитов. В них можно удерживать и контролировать электроны, создавая разные типы спиновых кубитов. Например:

• Одноэлектронные точки управляются переменным магнитным полем.
• Двухэлектронные системы используют обменное взаимодействие для создания вентилей (SWAP, контролируемые фазы и NOT).

Есть два основных подхода:

1. Кубиты на затворных квантовых точках — электроны удерживаются электрическим полем в кремниевых или кремний-германиевых структурах.
2. Кубиты на донорных атомах — например, фосфор внедряют в кремний с помощью ионной имплантации или литографии.

Обе технологии используют:

• изотопно-очищенные материалы для стабильности,
• спиново-зарядное преобразование для считывания,
• микроволновые импульсы для управления.

Для масштабирования нужно решить проблему связи между удаленными кубитами. Здесь помогает гибридный подход — сверхпроводящие резонаторы и микромагниты создают искусственное спин-орбитальное взаимодействие, позволяя передавать квантовые состояния на расстояние.

Что можно сделать дальше

• Для затворных кубитов важно интегрировать управляющую электронику, экспериментировать с 2D и 3D-структурами.
• Для донорных — улучшать методы внедрения атомов, тестировать новые примеси.
• Общая задача — повышать точность операций и бороться с неоднородностью в больших массивах кубитов.

Этот обзор систематизирует разрозненные данные, показывая, что кремниевые кубиты — не просто лабораторная экзотика, а реальная технология, которую можно масштабировать. Он помогает:

• инженерам — выбрать оптимальную архитектуру,
• инвесторам — оценить перспективы,
• ученым — увидеть узкие места (например, температурные ограничения).

Отметим, что авторы исследования оптимистично оценивают отказоустойчивость кубитов, но не обсуждают стоимость изотопно-чистого кремния или сложность интеграции тысяч кубитов с классической электроникой. Без этого разговоры о «практических квантовых компьютерах» преждевременны.

Ранее ученые создали чувствительные к магнитному полю спиновые кубиты из нанотрубок.