Квантовый компьютер на коленке: новый дефект в кремнии позволит штамповать чипы будущего как обычные микросхемы
NewsMakerНайден способ делать мощнейшие процессоры без лишней головной боли.
Американские исследователи описали в кремнии новый дефект, который может пригодиться для создания более практичных квантовых устройств в будущем. Команда из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представила CN-центр. Речь идёт о дефекте кристаллической решётки кремния, в котором участвуют атомы углерода и азота. Авторы считают, что такой вариант лучше подходит для масштабируемых квантовых процессоров и фотонных чипов на базе кремния, в том числе для компонентов, рассчитанных на телеком-диапазон.
Интерес к таким дефектам связан с тем, как в твёрдом теле делают кубиты . Кубит — это физическая система с двумя устойчивыми квантовыми состояниями, которые условно соответствуют нулю и единице. В отличие от классического бита, кубит может находиться в суперпозиции: система одновременно остаётся в состоянии, которое включает оба варианта. Несколько связанных кубитов дают ещё более сложные комбинации состояний, и в этом смысле квантовое устройство получает возможность параллельно работать с большим числом вариантов. На практике всё упирается в устойчивость: квантовое состояние нужно удерживать достаточно долго, а затем уметь надёжно записать и считать результат.
Один из рабочих подходов — использовать дефекты кристалла как носители квантовых состояний. В идеальной решётке атомы занимают строго определённые позиции. Если на уровне нескольких атомов появляется дефект, у него возникают собственные электронные уровни. Иногда такой дефект ведёт себя как локальная квантовая система, с которой можно работать через свет. Поэтому в квантовой фотонике много внимания уделяют дефектам, которые могут излучать отдельные фотоны и при этом сохранять квантовое состояние достаточно долго.
В алмазе роль такого носителя играет NV-центр. В кремнии похожим кандидатом считали T-центр — дефект на основе углерода и водорода. Он привлекал тем, что излучает свет на длинах волн телеком-диапазона, удобных для оптоволоконной связи, и может давать долгоживущие квантовые состояния. Но водород плохо дружит с промышленной технологией: атомы водорода в кремнии легко перемещаются и перестраиваются при обработке пластин. Производство чипов почти всегда включает термообработки, на которых водород начинает мигрировать по кристаллу. В результате один и тот же технологический процесс может давать разные дефекты и разные свойства, а воспроизводимость для массового производства становится проблемой.
Американские исследователи описали в кремнии новый дефект, который может пригодиться для создания более практичных квантовых устройств в будущем. Команда из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представила CN-центр. Речь идёт о дефекте кристаллической решётки кремния, в котором участвуют атомы углерода и азота. Авторы считают, что такой вариант лучше подходит для масштабируемых квантовых процессоров и фотонных чипов на базе кремния, в том числе для компонентов, рассчитанных на телеком-диапазон.
Интерес к таким дефектам связан с тем, как в твёрдом теле делают кубиты . Кубит — это физическая система с двумя устойчивыми квантовыми состояниями, которые условно соответствуют нулю и единице. В отличие от классического бита, кубит может находиться в суперпозиции: система одновременно остаётся в состоянии, которое включает оба варианта. Несколько связанных кубитов дают ещё более сложные комбинации состояний, и в этом смысле квантовое устройство получает возможность параллельно работать с большим числом вариантов. На практике всё упирается в устойчивость: квантовое состояние нужно удерживать достаточно долго, а затем уметь надёжно записать и считать результат.
Один из рабочих подходов — использовать дефекты кристалла как носители квантовых состояний. В идеальной решётке атомы занимают строго определённые позиции. Если на уровне нескольких атомов появляется дефект, у него возникают собственные электронные уровни. Иногда такой дефект ведёт себя как локальная квантовая система, с которой можно работать через свет. Поэтому в квантовой фотонике много внимания уделяют дефектам, которые могут излучать отдельные фотоны и при этом сохранять квантовое состояние достаточно долго.
В алмазе роль такого носителя играет NV-центр. В кремнии похожим кандидатом считали T-центр — дефект на основе углерода и водорода. Он привлекал тем, что излучает свет на длинах волн телеком-диапазона, удобных для оптоволоконной связи, и может давать долгоживущие квантовые состояния. Но водород плохо дружит с промышленной технологией: атомы водорода в кремнии легко перемещаются и перестраиваются при обработке пластин. Производство чипов почти всегда включает термообработки, на которых водород начинает мигрировать по кристаллу. В результате один и тот же технологический процесс может давать разные дефекты и разные свойства, а воспроизводимость для массового производства становится проблемой.