В России создали основной элемент квантовых компьютеров

Ученые Российского квантового центра, МФТИ (Лаборатория искусственных квантовых систем при участии Технологического центра), МИСиС и ИФТТ РАН создали первый в России сверхпроводящий кубит - основной элемент будущих квантовых компьютеров, которые смогут превзойти самые мощные современные суперкомпьютеры.

«Это важный шаг, необходимый для создания квантовых вычислительных устройств, которые в будущем произведут революцию в области вычислительной техники», – сказал генеральный директор РКЦ Руслан Юнусов.

Квантовые биты или кубиты – главный составной элемент будущих квантовых компьютеров, которые работают благодаря эффектам квантовой физики. Они смогут выполнять вычисления, которые недоступны даже самым мощным современным компьютерам. Как считают ученые, квантовые компьютеры позволят совершить следующий большой скачок в области вычислений.

Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит – 1 или 0. Кубиты – это квантовые объекты, которые могут находиться в суперпозиции двух состояний, то есть кодировать сразу логическую единицу и ноль, что создает принципиально новые возможности для обработки информации. Компьютер из нескольких тысяч кубитов может легко превзойти мощнейшие современные суперкомпьютеры в решении целого ряда вычислительных задач.



В роли кубитов могут выступать атомы или электроны, данные кодируются в их спине (магнитном моменте). Однако такие кубиты крайне неустойчивы к внешним воздействиям, их состояние легко разрушается из-за внешних «шумов», процедура считывания и записи информации на них крайне сложна, как и ловушки, которые используются для их хранения.

В начале 2000-х годов ученые обнаружили, что можно создавать «искусственные атомы», которые ведут себя в соответствии с законами квантовой физики, но значительно проще в использовании. Одни из таких объектов – джозефсоновские контакты, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Электроны благодаря квантовым эффектам могут «просачиваться» (туннелировать) сквозь диэлектрик.

Кубиты, построенные из нескольких джозефсоновских контактов, ведут себя как атомы. Они могут находиться в основном и возбужденном состоянии, излучать и поглощать фотоны. Такие кубиты могут быть созданы с помощью существующих методов литографии, на которых основано современное производство микросхем.

Теперь группа ученых из Московского физико-технического института, Российского квантового центра, Национального исследовательского технологического университета МИСиС, Института физики твердого тела РАН и ряда других организаций под руководством Олега Астафьева (со стороны МФТИ), Алексея Устинова (со стороны РКЦ) и Валерия Рязанова (со стороны ИФТТ) впервые смогла создать такой сверхпроводящий кубит в российской лаборатории.

Созданные ими кубиты состоят из четырех джозефсоновских контактов на «петле» размером в один микрон. Контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных слоем диэлектрика (оксида алюминия) толщиной около 2 нанометров. Ученые прозондировали устройство микроволновым излучением и определили, что его свойства соответствуют заданным параметрам.

«Мы создали инструмент, средство для проведения дальнейших исследований в области квантовых вычислений. С его помощью мы сможем достичь научных результатов, которые пока не получал никто в мире», – отметил Олег Астафьев.

«Наша работа свидетельствует, что в России теперь есть технологии и команды ученых, которые могут включиться в мировую гонку построения квантовых компьютеров», – добавил Алексей Устинов.

Ранее группа под руководством Устинова в МИСиС при участии РКЦ измерила кубит, который был создан в Германии. Теперь ученые получили собственно российский кубит.