Российская прорывная технология объединения компьютеров
Учёные России создали перспективное решение для объединения квантовых и полупроводниковых процессоров. Квантовые компьютеры обладают колоссальной скоростью вычислений, но им необходим управляющий блок на основе традиционных кремниевых микросхем. Интеграция этих двух принципиально разных технологий долгое время была сложнейшей задачей, но теперь найдено эффективное решение.
Научный прорыв в интеграции
Команда из НИТУ МИСИС, МГУ, Российского квантового центра и Центра нанофабрикации СП «Квант» разработала инновационный подход к соединению классических чипов и кубитовых процессоров. Эта технология гарантирует стабильную работу квантовых гибридных компьютеров, вычислительная мощность которых может превосходить даже самые мощные современные суперкомпьютеры. Результаты исследования опубликованы в ведущем научном издании.
Основа квантовых технологий
Принцип работы квантовых компьютеров базируется на явлении суперпозиции. Квантовая частица, например фотон, может находиться в нескольких состояниях одновременно. «Например, электрический ток в сверхпроводящей цепи может течь в противоположных направлениях одновременно, без потерь на сопротивление», — пояснил соавтор работы, профессор МГУ Николай Клёнов.
В отличие от классического бита (1 или 0), квантовый бит (кубит) может находиться в суперпозиции множества состояний.
Проблема совместной работы
Ключевой задачей является необходимость дополнять квантовый процессор классическими чипами управления. «Классическая электроника незаменима для координации устройства, генерации управляющих сигналов для кубитов и обмена данными», — отметил ведущий научный сотрудник МГУ Игорь Соловьёв.
Сложность кроется в рабочих условиях: квантовые процессоры функционируют лишь при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю, где обычные микросхемы работать не способны. Кроме того, состояния кубитов чрезвычайно чувствительны, и увеличение их числа усиливает информационные искажения — «шум».
Новаторское решение: материалы и контакты
Для преодоления этих барьеров ученые адаптировали технологию flip-chip, обеспечивающую прямое соединение чипов миниатюрными контактами. Применение индиевых элементов на многослойной алюминиево-титановой подложке с платиновым слоем обеспечило беспрецедентную стабильность работы при сверхнизких температурах.
Игорь Соловьёв детализировал выбор материалов: «Индий идеален как припой — мягкий, пластичный, сверхпроводник при рабочих температурах кубитов. Но он плохо соединяется с алюминием. Поэтому мы внедрили буферный слой из титана, отлично сцепляющийся с Al и предотвращающий диффузию. Дополнительный платиновый слой исключил образование хрупких интерметаллидов на стыке индия и титана».
Устойчивая работа и перспективы
«Эксперименты подтвердили стабильность соединений при температурах близких к абсолютному нулю. Измерения резонаторов полностью соответствовали теоретическим моделям», — сообщила директор дизайн-центра НИТУ МИСИС Наталия Малеева.
По словам Игоря Соловьёва, размещение управляющих классических чипов непосредственно рядом с квантовыми элементами — ключ к созданию процессоров со 100+ кубитами. Это значительно экономит пространство на чипе, повышает эффективность связи кубитов, упрощает и удешевляет конструкцию. Разработанная технология лежит в основе создания будущих масштабных квантовых вычислительных систем.
Источник: russian.rt.com
