Fujitsu презентувала революційний квантовий комп’ютер на базі алмазів

Японський технологічний гігант Fujitsu зробив значний крок уперед у сфері квантових обчислень, представивши перший у світі прототип функціонуючого квантового комп’ютера, побудованого на алмазних спінах. Ця інноваційна розробка використовує унікальні властивості олов’яно-вакансійних (SnV) центрів, інтегрованих у фотонні інтегральні схеми, відкриваючи нові горизонти для створення потужніших та ефективніших квантових систем.

На відміну від традиційних надпровідникових квантових комп’ютерів, що вимагають екстремально низьких температур, близьких до абсолютного нуля, нова розробка Fujitsu демонструє працездатність при значно вищій температурі — -271,6 градуса за Цельсієм. Це суттєво спрощує експлуатацію та зменшує енергетичні витрати, наближаючи квантові обчислення до практичного застосування. Дослідницька команда Fujitsu стверджує, що використання світла для з’єднання окремих обчислювальних модулів є ключовим фактором, який може призвести до створення комп’ютерів, що значно перевершують сучасні можливості.

Від атомарних дефектів до потужних обчислень

Серцем нової технології є особливі дефекти в кристалічній решітці алмазу, відомі як кольорові центри. Традиційно в алмазних спінових системах використовувалися азотно-вакансійні (NV) центри, де атом азоту займає місце вуглецю поруч із порожнечею. Однак Fujitsu зосередилася на олов’яно-вакансійних (SnV) центрах. Ці дефекти характеризуються наявністю атома олова, розташованого між двома вакансіями в алмазній структурі.

“Симетрична структура робить SnV-центри менш чутливими до зовнішнього шуму, ніж традиційні NV-центри. Крім того, SnV-центри випромінюють світло приблизно в 10 разів яскравіше, ніж NV-центри. Це потенційно може покращити оптичні з’єднання між квантовими модулями”, — пояснили представники Fujitsu.

Така особливість SnV-центрів надає їм значні переваги. Їхня стійкість до зовнішніх впливів означає меншу ймовірність втрати квантових станів, що є критично важливим для стабільної роботи кубітів. Більш яскраве випромінювання світла полегшує оптичне зв’язування між окремими квантовими модулями, що є ключовим для масштабування системи. Крім того, цей підхід обіцяє ефективнішу корекцію помилок. Специфічні властивості SnV-центрів дозволяють формувати логічні кубіти — основу квантових обчислень — використовуючи меншу кількість фізичних кубітів у порівнянні з конкуруючими технологіями. Це означає, що для виконання складних квантових алгоритмів знадобиться менше ресурсів, що прискорює прогрес у розробці практичних квантових додатків.

Компанія вже окреслила амбітні плани розвитку. До 2027 року Fujitsu планує представити багатомодульний прототип алмазного спінового комп’ютера, а до 2030 року — зробити квантові обчислення комерційно доступними. Згідно з їхньою дорожньою картою, до 2030 фінансового року буде розроблена система на 250 логічних кубітів, а до 2035 фінансового року — система, що налічує 1000 логічних кубітів.

Інтеграція алмазів у квантовий чип: інженерний шедевр

Створення такого складного пристрою вимагало передових інженерних рішень. Fujitsu розробила спеціальний процес, який дозволяє інтегрувати високоякісні алмазні підкладки з імплантованим оловом у підкладки з оксиду алюмінію та діоксиду кремнію. Алмаз, який спочатку мав товщину в кілька сотень мікрометрів, був тонко оброблений до декількох сотень нанометрів, щоб стати частиною квантових чипів.

“Підхід з використанням алмазних спінів, який ми застосували в цьому прототипі, не лише забезпечує виняткову масштабованість сам по собі, а й має потенціал для інтеграції з надпровідниковими квантовими комп’ютерами з метою подальшого розширення їхніх можливостей і виконання складніших та масштабніших обчислень”, — зазначив технічний директор Fujitsu Вівек Махаджан.

Паралельно з цим, компанія розробила фотонні інтегральні схеми, які ефективно поєднують алмазні кристали нанометрового розміру з SnV-центрами та оптичними хвилеводами з оксиду алюмінію. Важливим елементом системи є розроблений механізм керування алмазними спіновими кубітами за допомогою світла, мікрохвиль та радіочастотних хвиль. Це дозволяє точно контролювати стан кубітів, необхідний для виконання складних квантових алгоритмів.

Це досягнення є результатом тривалої співпраці між Fujitsu, Делфтським технічним університетом та QuTech, яка розпочалася у 2020 році. Кес Ейкел, генеральний директор QuTech, підкреслив значущість цього прототипу як результату спільних досліджень.

Нова технологія може знайти застосування у вирішенні проблем, недоступних для сучасних суперкомп’ютерів, зокрема у сфері розробки нових ліків, матеріалів, оптимізації складних логістичних ланцюгів та криптографії. Fujitsu також прагне зробити квантові обчислення доступними для ширшого кола користувачів, інтегрувавши розробку в платформу гібридних квантових обчислень, що не вимагає від користувачів глибоких спеціальних знань для роботи з обладнанням. Цей крок свідчить про прагнення компанії зробити квантові технології більш практичними та доступними.