Команда исследователей из Принстонского университета представила инновационный сверхпроводящий кубит, время когерентности которого втрое превосходит рекорды, ранее зафиксированные в лабораторных условиях. В основе разработки лежит архитектура трансмонов — та же технология, которую эксплуатируют Google и IBM. Тем не менее, согласно отчету университета, принстонский кубит демонстрирует способность удерживать информацию в 15 раз дольше, чем вычислительные единицы, созданные лидерами индустрии.
Квантовые вычисления открывают горизонты, недоступные для традиционных суперкомпьютеров. Ключевым мерилом эффективности кубита является время когерентности — интервал, в течение которого квантовый объект сохраняет данные до момента их неизбежной деградации. Любая преждевременная утрата когерентности ведет к накоплению ошибок в процессе вычислений.
Разработка Принстона нацелена на радикальное решение этой проблемы. Трансмон-кубиты функционируют в условиях экстремально низких температур. Google и IBM отдают предпочтение именно этой технологии из-за ее устойчивости к внешним шумам и относительной технологичности производства. Однако, как показала практика, существенное продление жизненного цикла квантового состояния трансмонов является сложнейшим вызовом, во многом обусловленным качеством используемых материалов.
Группа ученых под руководством Натали де Леон и Эндрю Хука предположила, что качественный рывок возможен за счет смены материальной базы. При участии химика Роберта Кавы они интегрировали в структуру квантовой цепи тантал — редкий металл, обладающий исключительной прочностью и инертностью к агрессивным методам очистки, которые применяются для устранения микропримесей при литографии.
Первоначальная схема, реализованная на сапфировой подложке, подтвердила гипотезу о росте стабильности, однако сапфир провоцировал нежелательную утечку энергии. В поисках идеального сочетания команда перешла на высокоочищенный кремний. Несмотря на сложность адаптации кубита под кремниевое основание, результат оказался впечатляющим: был создан трансмон с временем когерентности, в 15 раз превышающим показатели решений от Google и IBM.
Эндрю Хук отмечает, что простая замена стандартных компонентов в процессоре уровня Google Willow на принстонские аналоги способна повысить его производительность в 1000 раз. Потенциал разработки раскрывается в полной мере при масштабировании: по прогнозам Хука, квантовая машина, объединяющая 1000 таких кубитов, будет работать в миллиард раз эффективнее самых мощных современных систем.
Источник: iXBT
