Уникальные программируемые многоплечевые интерферометры для квантовых вычислений
![Уникальные программируемые многоплечевые интерферометры для квантовых вычислений Уникальные программируемые многоплечевые интерферометры для квантовых вычислений](/upload/iblock/e90/37ecvhraw54t5rekg4nvesnxa19660nr/220618.jpg)
По сведениям ЮУрГУ и Лаборатории квантовой оптики (ЛКО) физического департамента СПбГУ им. М. В. Ломоносова от 3 июня, отечественные ученые сконструировали один из наиболее масштабных в мире программируемых мультиплечевых интерферометров для квантовых вычислений, использующий метод фемтосекундной лазерной записи. Микросхема с успехом выдержала контрольные тесты в ЛКО СПбГУ. Эту информацию озвучил руководитель научно-исследовательского центра фотонных технологий УрФУ, научный директор ЛКО СПбГУ Александр Волков. Детали этого исследования изложены в международном научном издании Quantum Photonics Advances.
Центр получает финансирование посредством гранта Министерства науки и высшего образования РФ для государственного стимулирования научных изысканий под руководством ведущих специалистов (постановление Правительства РФ от 09.04.2010 № 220). Начиная с 2024 года, проект сосредоточен на изучении гибридных квантовых состояний света для квантовой обработки данных, создании алгоритмов и протоколов на базе квантовых состояний света, моделировании и практической имплементации оптимизированных квантово-оптических систем с негауссовскими состояниями света в сфере квантовых вычислений и метрологии.
Современное литейное оборудование позволяет создавать практически любые сверхпроводниковые чипы для различных рынков, предлагая полный цикл от проектирования до упаковки в передовых производственных условиях. Благодаря возможности обработки 150 мм пластин и крупносерийному производству заказчики могут быстро повышать производительность и качество.
Специалисты из УрФУ принимали непосредственное участие в конструировании данной микросхемы. Инновационный чип планируется применять для квантовых вычислительных операций. Одержав победу в соревновании по программе «Горизонты-2030», УрФУ определил цель к 2030 году войти в число передовых вузов – хабов научно-технического и социально-экономического прогресса государства, в связи с чем университет концентрируется на инициативах в сферах цифровых технологий, материаловедения и экологических наук.
Создание индивидуальных чипов для квантовых компьютеров стартовало еще в 90-х годах прошлого столетия, когда были разработаны изначальные сверхпроводниковые кубиты. С того времени научное сообщество по всему миру трудится над оптимизацией данной технологии. Руководитель научно-исследовательского центра фотонных технологий УрФУ, доктор физико-математических дисциплин, профессор СПбГУ им. М. В. Ломоносова Александр Волков полагает, что до появления полнофункционального квантового компьютера в мире пройдет еще десяток лет, имеющиеся платформы квантовых вычислений базируются на массивных установках, схожих с традиционными компьютерами 50-60 гг. В связи с этим, разработка миниатюрных и программируемых чипов представляет собой магистральное направление эволюции квантовых технологий.
Как известно из школьного курса, фотоны характеризуются корпускулярно-волновым дуализмом, демонстрируя синхронно свойства частицы и волны. Монохромный световой поток формируется фотонами с тождественной энергией. Новейшая технология утилизирует данную специфику для генерации программируемых оптических чипов, в которых траектории волноводов можно «перепрограммировать на лету» за сотые фракции секунды.
Технология поможет обеспечить большую адаптивность и вариативность применения чипа в разнообразных приложениях без потребности в проектировании новой аппаратной платформы по сравнению с непрограммируемыми аналогами. Это достижимо за счет программируемости чипа, позволяющей настраивать его функционирование в соответствии со специфическими запросами приложения.
Несмотря на полувековую историю, квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии. Хотя XXI век принес много жизненно важных достижений в этой области, основным препятствием по-прежнему остается коммерческая масштабируемость квантовых вычислений. Так что для реализации потенциала квантовых технологий в различных отраслях процесс масштабирования должен быть продолжен.
Также под вопросом остается стабильность цепочек поставок для производства чипов. Пандемия COVID-19 и последующие санкционные войны между США, Россией и Китаем привели к дефициту микросхем и перебоям в торговых цепочках. Поэтому для успешного развития квантовых вычислений необходимо обеспечить надежные каналы поставок комплектующих и материалов.