Новая вычислительная архитектура стала основой самого точного в мире квантового чипа

Квантовые вычисления основаны на манипуляциях с кубитами — квантовыми аналогами классических битов. Существуют разные подходы к их созданию: одни физики используют сверхпроводящие контуры, другие работают с фотонами или захваченными ионами.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Команда стартапа Silicon Quantum Computing (SQC), базирующегося в Сиднее, пошла своим путем, сделав ставку на атомы фосфора в кремнии: результатом стало появление самого точного квантового чипа в мире.

В основе разработки лежит принципиально новая архитектура под названием «14/15» — по номерам кремния и фосфора в периодической таблице Менделеева. Ученым удалось разместить отдельные атомы фосфора внутри сверхчистых кремниевых пластин с беспрецедентной точностью. «Это наименьший размер элемента в кремниевом чипе — 0,13 нанометра, что на два порядка меньше стандартов ведущих производителей микросхем», — пояснила глава компании Мишель Симмонс.

На экспериментальном чипе с девятью ядерными и двумя атомными кубитами удалось достичь показателей точности от 99,5 до 99,99%. Это первая в мире демонстрация атомных кремниевых квантовых вычислений на нескольких отдельных кластерах кубитов.

Одиннадцать кубитов может показаться скромным числом на фоне систем с сотнями и тысячами кубитов у конкурентов. Однако исследователи подчеркивают, что их архитектура принципиально масштабируема и может стать основой для процессоров с миллионами функциональных кубитов.

Главное преимущество подхода — невероятно низкий уровень ошибок. Основная проблема квантовых вычислений заключается в том, что они крайне уязвимы: электромагнитные помехи, колебания температуры и другие воздействия заставляют кубиты терять информацию. Большинство платформ вынуждены резервировать значительную часть кубитов на исправление ошибок. И чем больше система, тем больше ресурсов уходит на эту задачу.

Архитектура 14/15 позволяет существенно сократить эти сопутствующие расходы. Ядерные спины атомов фосфора сохраняют квантовое состояние долго, а так называемые ошибки переворота бита возникают редко. «Нам нужно корректировать только фазовые ошибки, поэтому коды коррекции гораздо компактнее, а вся система требует меньше ресурсов», — отмечает Симмонс.

В начале 2025 года команда продемонстрировала рекордную точность выполнения алгоритма Гровера — стандартного теста для квантовых компьютеров. Система показала 98,87% от теоретического максимума, причем без какой-либо коррекции ошибок поверх базовых кубитов. Это превосходит результаты IBM и Google, хотя те работают с десятками и сотнями кубитов.

По словам Симмонс, кластеры кубитов в новой системе можно масштабировать до миллионов единиц. Конечно, и при таком росте будет нужна коррекция ошибок, однако благодаря изначально низкому уровню сбоев физические размеры системы и ее энергопотребление останутся значительно меньше, чем у конкурирующих платформ.

Ранее ученые нашли необычный способ убедиться в корректности вычислений квантовых компьютеров.

• квантовый компьютер

Поделиться