Полностью упакованный криогенный оптический передатчик, напрямую соединенный со сверхпроводящим чипом.
Исследователи Калифорнийского университета в Беркли представили прорывной криогенный оптический передатчик, который может помочь увеличить масштаб квантовых компьютеров — от десятков до тысяч кубитов. Однокристальный микрочип, по размеру меньше зерна пыли и работающий при температурах, близких к абсолютному нулю, показал рекордно низкое энергопотребление при сохранении надёжной передачи данных между сверхпроводящими квантовыми схемами и оборудованием при комнатной температуре.
Статья, опубликованная 2 января в журнале *Nature Electronics*, решает одну из ключевых проблем квантовых вычислений: как управлять и считывать информацию из квантовых процессоров, не перегревая их. Разработанный аспирантом Божи Ином (Bozhi Yin) и группой под руководством профессора Владимира Стояновича, электронно‑фотонный передатчик потребляет всего 673 фемтоджоуля на бит данных при температуре 4 Кельвина — достаточно холодной, чтобы сохранять хрупкие квантовые состояния сверхпроводящих кубитов.
Мост между двумя температурными мирами
Сверхпроводящие квантовые компьютеры функционируют при миллиКельвиновых температурах, тогда как управляющая электроника обычно работает при комнатной. Традиционные электрические кабели, соединяющие эти две среды, проводят лишнее тепло и занимают много места в криостатах‑разбавителях. По мере роста числа кубитов этот «проблемный кабельный лес» может превысить возможности охлаждения и ограничить масштабируемость квантовых систем.
Команда из Беркли решила эту задачу, заменив громоздкие медные соединения на передачу оптических сигналов по тонким волокнам. «Высокая плотность пропускной способности и энергоэффективные интерфейсы между классической электроникой при комнатной температуре и квантовой электроникой в криогенных условиях — ключ к развитию масштабных квантовых компьютеров», — отмечают авторы в своей работе.
Передатчик может напрямую управляться сверхпроводящей электроникой при амплитуде импульсов всего в несколько милливольт — достаточно низкой, чтобы не мешать работе кубитов. Изготовление устройства на стандартных КМОП‑технологиях (CMOS) — тех же, что применяются при массовом производстве микрочипов, — делает возможным его промышленное масштабирование, а не штучную сборку.
Эффективность и перспективы
Устройство показало уровень ошибок менее одной на миллион бит — это соответствует требованиям к надёжности вычислений в квантовых процессорах. Его архитектура с когерентной оптической связью и лазерной подачей сигнала избавляет систему от необходимости использовать внешние усилители, которые создавали бы дополнительное тепло и помехи.
Этот прогресс появился в момент, когда квантовая индустрия стремится преодолеть ограничения масштабируемости. Недавние исследования сосредоточены на создании автономных квантовых холодильников, способных достигать рекордно низких температур, и на разработке оптических сетей для соединения нескольких квантовых процессоров. Эксперты прогнозируют, что 2026 год станет поворотным моментом в развитии коррекции квантовых ошибок и интеграции фотонных технологий в квантовые системы.
Хотя над оптическими интерфейсами для квантовых компьютеров работают многие группы, разработка из Беркли выделяется сочетанием криогенной работы, совместимости с КМОП‑производством и прямого подключения к сверхпроводящим схемам. Это делает её значительным шагом к созданию практичных крупномасштабных квантовых машин. Сейчас исследователи тестируют свой чип в реальных квантовых вычислительных установках.
Комментариев нет:
Отправить комментарий