МОСКВА, 31 мая. /ТАСС/. Ученые в России разработали уникальный в стране серийный модуль считывания для сверхпроводниковых квантовых компьютеров. Как сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ, работу провели специалисты НОЦ "Функциональные микро/наносистемы" (НОЦ ФМН), совместного исследовательского центра ВНИИА им. Н. Л. Духова и МГТУ им. Н. Э. Баумана.
"Разрабатываемое устройство должно, с одной стороны, усиливать сигнал, а с другой - делать это без привнесения дополнительных помех. Нам удалось создать устройство, которое более чем в 20 раз увеличивает мощность сигнала и при этом "сжимает" шумы в системе до минимально возможных теоретически значений - квантового предела шумов", - рассказал директор НОЦ ФМН Илья Родионов.
Благодаря запуску серийного производства таких усилителей, НОЦ ФМН, по словам его директора, уже в настоящее время "может предложить российским компаниям продуктовую линейку сверхвысокоэффективных модулей считывания для сверхпроводниковых квантовых компьютеров".
Голос компьютера и шумы
Как пояснили ученые, практически полезный многокубитный квантовый компьютер - это кластер устройств, включающий сам квантовый сопроцессор и технологический "стек" периферийного оборудования. Последний состоит из нескольких модулей считывания с каскадом усилителей сигналов кубитов (наименьших единиц информации) и управляющей электроники, расположенных в криостате растворения.
Сигналы, поступающие с кубитной схемы, крайне маломощны, и любой приносимый шум, в том числе шум от используемых в каскаде полупроводниковых усилителей, мешает точно услышать кубиты. На помощь приходят параметрические криоусилители, выступающие элементами первой ступени измерительного каскада. Один модуль считывания с криоусилителем работает с 10-15 кубитами, что требует создания серийной технологии изготовления устройств.
Конструкция модуля заметно отличается от мировых аналогов. Ученые используют конструкцию, состоящую из массива сверхпроводниковых "улиток" на джозефсоновских переходах и микрополосковых резонаторов. В качестве диэлектрического слоя конденсатора используется кремниевая подложка, благодаря чему удалось существенно упростить технологический маршрут изготовления, заметно повысив качество.
На уровне мировой науки
В итоге созданный модуль считывания с параметрическими криоусилителями с квантовым уровнем собственных шумов обеспечивает требуемую точность считывания (до 99%) многокубитных квантовых сопроцессоров для реализации практически полезных алгоритмов. Устройство имеет характеристики на уровне ведущих мировых научных групп.
ВНИИА им. Н. Л. Духова и МГТУ им. Н. Э. Баумана запустили серийное изготовление параметрических криоусилителей и модулей считывания сверхслабых сигналов для квантовых вычислений, астрофизики и криптографии.
Исследования в области криогенных широкополосных усилителей проводятся при поддержке Фонда перспективных исследований и Минобрнауки РФ, в том числе в рамках стратегического проекта Bauman DeepTech программы "Приоритет-2030".