Квантовые системы на кристалле: новый уровень компактности и точности

Российские специалисты из МГТУ им. Н. Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» разработали новую технологию создания квантовых систем на кристалле, которая позволяет объединить квантовые сопроцессоры и системы считывания на едином чипе. О разработке сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ. Технология направлена на повышение точности квантовых алгоритмов и значительное уменьшение размеров элементной базы.

Технология успешно применена при создании параметрических криогенных усилителей нового поколения. Эти устройства обеспечивают считывание информации с многокубитных квантовых процессоров с минимальным уровнем шумов. По данным разработчиков, размеры усилителей уменьшены более чем в 300 раз — до нескольких сотен микрометров.

Авторы технологии используют конструкцию, основанную исключительно на микроскопических элементах: плоскопараллельных конденсаторах и планарных катушках индуктивности. Это позволило существенно улучшить параметры устройства. Например, усилитель обладает коэффициентом усиления более 15 дБ, широкой полосой пропускания около 600 МГц и шумовой температурой системы до 350 миликельвин. Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Letters .

Для достижения таких характеристик применялись инновационные материалы, включая диэлектрики с ультранизкими потерями на основе аморфного гидрогенизированного кремния. Эти материалы снижают уровень шумов, что критически важно для работы с квантовыми процессорами. Ученые отмечают, что созданная технология представляет собой комплексную разработку, включающую методики проектирования, производства и экспериментальной оценки при криогенных температурах.

По словам ректора МГТУ Михаила Гордина, работа над проектом потребовала отказа от предыдущих технологий и многолетних наработок. Это позволило создать системы на кристалле, которые в перспективе могут обеспечить точное выполнение практически полезных квантовых алгоритмов и ускорить разработку гибридных квантово-классических вычислителей.

Новая технология, по мнению ученых, приближает появление компактных и энергоэффективных квантовых систем, которые будут востребованы в криптографии, сложном моделировании и высокоточных вычислениях.