Intel разрабатывает спиновые кубиты, работающие при более высоких температурах

Компания Intel продолжает активно инвестировать в новые технологии, и среди последних ее интересов — квантовые вычисления. Осенью прошлого года был представлен первый квантовый процессор на базе 17 кубитов, а на прошедшей выставке CES один из крупнейших производителей полупроводников продемонстрировал чип уже с 49 кубитами на борту.

Intel, как и многие другие, видит большой потенциал в квантовых компьютерах, однако технические проблемы, стоящие на пути реализации технологии, уменьшаются пока, к сожалению, не так активно, как хотелось бы. Например, рабочая температура того же представленного на выставке чипа составляет -273,2 градуса Цельсия. Поэтому инженеры сейчас заняты поиском более практичных решений.

Вместе с учеными из голландского Делфтского технического университета (QuTech) Intel проводит исследования с так называемыми спиновыми кубитами. Работа над ними ведется уже несколько лет и рассматривается весьма обещающей. Спиновые кубиты представляют собой электроны, встроенные в кремний и находящиеся не столько в состоянии «спин вниз» (двоичный 0) или «спин вверх» (двоичная 1), но и в промежуточном состоянии, так называемой суперпозиции. Последняя, в свою очередь, является основой всех основ квантовых компьютеров. Плюс спиновых кубитов заключается в том, что они не такие чувствительные к температурам, как сверхпроводящие кубиты, требующие условий, при которых они будут эффективно работать, близких к абсолютному нулю. В свою очередь, сложность систем охлаждения накладывает свой отпечаток на практичность всей системы – они не позволяют квантовым компьютерам одновременно использовать больше нескольких сотен или тысяч кубитов. Говорить о системах на базе миллионов кубитов вообще кажется пока гранью фантастики в таких условиях.

Спиновые кубиты могут работать при температуре 1 кельвин. Сверхпроводящие кубиты необходимо охлаждать до 20 милликельвинов, что в 50 раз холоднее и намного дороже. Кроме того, охлаждение в таком случае происходит не только кубитов, но еще и других компонентов квантового компьютера, находящихся за контуром охлаждения, что тоже не идеально. Спиновые кубиты позволяют перенести остальные компоненты ближе к кубитам, что снижает сложность системы.

Вторым преимуществом спиновых кубитов является возможность более плотной компоновки в условиях прежнего объема. Коммерческие системы, несомненно, найдут пользу от такого масштабирования.

Третьим преимуществом спиновых кубитов является их процесс производства, довольно близкий к классическим полупроводниковым транзисторам, благодаря чему многие компании, занимающиеся производством полупроводников, смогут гораздо быстрее адаптировать эту технологию.

На ближайшей конференции Advancement of Science Intel и QuTech собираются показать первый квантовый компьютер на базе двух спиновых кубитов. Как отмечают создатели, система способна выполнять простые алгоритмы. Для производства кубитов Intel использовала свои 300-миллиметровые подложки (как на изображении выше), полностью очищенные от каких-либо изотопов. Это только первое тестовое производство, но в ближайшие месяцы компания обещает нарастить объемы производства и довести его до нескольких подложек в неделю. Каждая такая подложка может содержать несколько тысяч массивов спиновых кубитов.