Новая концепция исследователей Warwick может помочь решить одну из самых больших проблем при создании крупномасштабных квантовых компьютеров: обеспечить связь между огромным количеством квантовых битов (кубитов) на больших расстояниях через один чип.
В статье, опубликованной в APL Quantum, группа исследователей из Уорикского университета и Канадского национального исследовательского совета представляет концепцию квантовых фононных каналов (Quantum Phononic Links, QPL) — новый подход к коммуникации между кубитами. Он использует звуковые колебания, распространяющиеся через специально разработанный материал, для передачи квантовой информации между кубитами, находящимися на большом физическом расстоянии друг от друга.
Современные квантовые чипы, как правило, позволяют напрямую взаимодействовать только соседним кубитам. Для создания полезных квантовых компьютеров инженерам потребуется координировать миллионы кубитов, распределенных по всему полупроводниковому чипу, а не только группы соседних кубитов. Предложенный командой подход заключается в использовании звуковых колебаний, известных как фононы, в качестве встроенной системы связи, позволяющей кубитам обмениваться квантовой информацией на гораздо больших расстояниях, чем это возможно сейчас.
«Одна из ключевых проблем в квантовых вычислениях — связь между кубитами на больших расстояниях, — говорит доктор Максим Миронов с факультета физики Уорикского университета. — Наша работа представляет новую концепцию, в которой фононы выступают в роли квантовой шины, позволяя удаленным кубитам обмениваться квантовой информацией, оставаясь при этом полностью совместимыми с полупроводниковыми технологиями».
Эта концепция основана на использовании специального материала — германия на кремнии с компрессионной деформацией (cs-GoS), впервые созданного в Уорикском университете с применением передовых методов эпитаксиального роста. В этом материале кубиты особенно чувствительны к малейшим колебаниям, проходящим через тонкий слой кристалла германия. Тщательно регулируя эти колебания, исследователи показали, что в принципе квантовая информация может передаваться между кубитами, независимо от того, находятся ли они рядом или разделены целым полупроводниковым чипом диаметром до 300 мм.