Nature публикует исследование кремниевого квантового процессора с десятикратным улучшением кубитов
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Сегодня в Nature опубликовано исследование, представляющее полностью интегрированный кремниевый квантовый процессор (QPU) на базе криогенного КМОП-контроллера, сверхпроводящего ленточного кабеля и чипа с 54 квантовыми точками, конфигурируемого в до 18 обменных кубитов. Авторы сообщают о десятикратном улучшении точности одно- и двухкубитных операций, что на порядок превосходит предыдущие системы на обменных кубитах. Прорыв ускоряет гонку за масштабируемыми квантовыми компьютерами, причём кремниевые платформы используют преимущества существующей полупроводниковой инфраструктуры.
Квантовый процессор
Устройство состоит из трёх элементов: низкомощного криогенного КМОП-контроллера, работающего при 4 кельвинах, высокоплотного сверхпроводящего ленточного кабеля и чипа с 54 обменно-связанными квантовыми точками. Чип можно конфигурировать в до 18 обменных кубитов, которые упрощают управление за счёт кодирования информации в зарядовых состояниях. Контроллер генерирует все изменяющиеся во времени сигналы и передаёт их по ленточному кабелю на кубиты при милликельвиновых температурах, решая проблему «узкого места» проводки, характерную для схем с комнатной температурой. Вся система изготавливается по совместимым с полупроводниковой индустрией технологиям, что обещает более простое масштабирование по сравнению с конкурирующими подходами.
Скачок производительности
Авторы продемонстрировали операции с отдельными кубитами и запутанными состояниями, точность которых примерно на порядок превосходит предыдущий уровень для обменных кубитов. Резкое улучшение обусловлено интегрированной конструкцией, сводящей к минимуму шумы и деградацию сигнала. Хотя точные значения времени гейтов и когерентности в аннотации не раскрыты, полученный прорыв приближает систему к порогу устойчивых к ошибкам вычислений. Результаты были подтверждены сравнением с детальными симуляциями, что указывает на низкий уровень шумов.
Коррекция ошибок
Для проверки отказоустойчивости исследователи реализовали на процессоре пятиуровневый код повторения (distance-5) и двухуровневый код обнаружения ошибок (distance-2). Код с расстоянием 5 способен исправлять до четырёх ошибок, что является заметной вехой стабильности логических кубитов. Сравнение с моделированием показало хорошее согласие, подтвердив, что физические ошибки достаточно низки для работы с коррекцией. Это одна из первых практических демонстраций обнаружения ошибок на полностью интегрированном кремниевом КПУ.
Что дальше
Исследователи планируют наращивать количество кубитов и внедрять коды коррекции ошибок с большей дистанцией. Остаётся неясным, как масштабирование повлияет на требования к охлаждению и сможет ли ленточный кабель поддерживать тепловую изоляцию при росте числа сигнальных линий.
3 источника
Nature публикует исследование кремниевого квантового процессора с десятикратным улучшением кубитов
