Исследование, показавшее выдающиеся результаты, опубликовано в престижном Physical Review Applied.
Кубиты: потенциал и вызовы квантовых вычислений
Кубиты служат квантовыми аналогами классических битов, обладая уникальной способностью находиться в суперпозиции состояний 0 и 1. Их взаимодействие — основа вычислений — управляется квантовыми вентилями (операциями). Разработка стремительных и сверхточных двухкубитных вентилей остается сложнейшей задачей. Главная трудность — исключительная хрупкость кубитов.
Любое неконтролируемое влияние способно вызывать ошибки. Подобно диссонансу в оркестре, когда невпопад сыгранная нота рушит гармонию, в сверхпроводниковых процессорах этой помехой часто выступает паразитное ZZ-взаимодействие. Оно возникает вопреки необходимости полной изоляции кубитов в состоянии покоя.
Российская инновация: новая архитектура процессора
Коллектив отечественных физиков совершил прорыв, создав передовой 8-кубитный процессор. Ядро разработки — оригинальная архитектура на базе двух трансмонных кубитов, соединенных трехмодовым связующим элементом (каплером).
Трехмодовый каплер: умное управление связью
Каплер, созданный как копланарный волновод со встроенным СКВИДом (сверхпроводящим квантовым интерферометром) в центре, играет ключевую роль. Этот настраиваемый контур, подобный высокоточному регулятору, чутко реагирует на напряжение, обеспечивая точный контроль силы связи между кубитами.
Блестящие результаты: скорость 60 наносекунд и точность 98%
Ученые измерили ZZ-связь, отследив изменение состояния кубита B в зависимости от кубита A. Эксперимент подтвердил: новая архитектура позволяет выполнять основную двухкубитную операцию CZ (Controlled-Z) всего за 60 наносекунд! При этом точность операции превысила впечатляющие 98% — выдающийся показатель для такой скорости.
Елена Егорова, выпускница Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ, подчеркнула: «Ключевая задача — баланс между сильным взаимодействием для быстрых операций и слабой остаточной связью в покое. Наш трехмодовый каплер дает широкий диапазон настройки, будучи значительно менее чувствителен к погрешностям изготовления, чем аналоги. Эта система уже является частью действующего 8-кубитного процессора, выполнившего успешные эксперименты, включая поиск квантовых ошибок».
Упрощение производства и светлое будущее
Важнейшее преимущество решения — высокая толерантность к производственным неточностям. Если прошлые проекты требовали идеальной симметрии сложнейших джозефсоновских переходов, новая схема снимает эту жесткую зависимость. Это облегчает массовое воспроизведение устройств и ускоряет путь к надежным многочисленным процессорам.
Исследователи также разработали детальную численную модель устройства, идеально совпавшую с экспериментом. Модель предсказывает: оптимизация параметров способна поднять точность операций до феноменальных 99,97%. Разработка заложила основу для созданного 8-кубитного процессора.
