Поделиться
В России разработали технологию, которая ускорит создание квантовых компьютеров
Российские ученые первыми в мире предложили технологию обработки искусственных атомов фокусированным ионным пучком. Разработка должна ускорить страну в создании вычислителей следующего поколения и приблизить серийное изготовление квантовых процессоров с тысячами кубитов.
Переход к гибридным суперкомпьютерам
На основании открытия российских ученых разработана технология iDEA (ion beam-induced DEfects Activation, активация дефектов фокусированными ионами) для создания логических элементов вычислителей на новых физических принципах с точностью до ±0,2 ангстрема (один ангстрем равен 0,1 нм). Она позволит серийно изготавливать квантовые процессоры с тысячами кубитов, сообщили представители Московского государственного технологического университета (МГТУ) им. Н.Э. Баумана.
Создание iDEA ускорит переход к практически полезным гибридным суперкомпьютерам. Ее можно также применять для изготовления транзисторов, мемристоров, магнитных скирмионов — ключевых компонентов вычислителей следующего поколения и систем ИИ.
Разработку представил нанотехнологический центр «Шухов.Нано» — совместный проект кластера «Квантум Парк» МГТУ им. Н.Э. Баумана, и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова».
Преимущество для масштабирования
Технология обработки искусственных атомов фокусированным ионным пучком предложена впервые в мире, говорится в сообщении. Существующие альтернативные способы, например, лазерный отжиг, электронное облучение или электрическая обработка, на порядки большей площадью воздействия и не дают возможности обработать близкие структуры нанометровых размеров.
Технология «Шухов.Нано» отличается еще и высокой производительностью — одна секунда на кубит, против десятков секунд для технологии лазерного отжига (IBM Quantum) и сотен секунд — для электрической обработки (Rigetti). iDEA защищена патентом в России, а над ее защитой в ведущих странах мира ведется работа. Она точнее, быстрее и не повреждает соседние элементы, что является критическим преимуществом при масштабировании.
Точность выше на порядок
Высокую точность, требования к которой в квантовых сопроцессорах на порядок выше, гарантирует принципиально новый физический принцип управления толщиной туннельного диэлектрика кубита. При его облучении ионами генерируются дефекты в кристаллической решетке, которые провоцируют сверхточное изменение толщины выбранного технологом интерфейса «металл-оксид».
Это критически важно для практического применения квантовых компьютеров, пояснили ученые. Любое отклонение толщины диэлектрика существенно изменяет спроектированные частоты кубитов, они «уплывают», разрушая все расчеты разработчиков квантовых процессоров и снижают точность вычислений.
«Ранее одинаковые атомы могла создавать только природа — это было за гранью доступных технологий. Мы могли изготовить хоть 100 кубитов на уровне полупроводниковой фабрики, но даже малейший разброс размеров в ±5 нм или толщины туннельного барьера в доли нанометра по чипу приводит к недопустимым ошибкам для некоторых кубитов», — сказал Илья Родионов, руководитель кластера «Квантум Парк».
При использовании iDEA, структура облучается одиночными ионами гелия или неона. В процессе обработки ионы инертных газов ювелирно модифицируют кристаллическую решетку материала, доводя толщину диэлектрика до проектной с субангстремной точностью.
Процесс полностью автоматизирован. «Сам процесс просчитывается и моделируется заранее — на уровне отдельных молекул. После этого мы «тюнингуем» изготовленные кубиты на нужную частоту, приближая выход годных квантовых схем к 100%. Мы обеспечиваем отклонение от проектной частоты кубита не более ±0,35%, и это позволяет переходить к многокубитным квантовым процессорам и симуляторам», — пояснил Никита Смирнов, ведущий разработчик сверхпроводниковых квантовых процессоров «Квантум Парка».
Компьютеры нового поколения
Квантовому компьютеру, подходящему для коммерческого использования нужны миллионы, если не миллиарды кубитов. Текущий мировой рекорд по количеству соединенных кубитов составляет 1,18 тыс. Его установил калифорнийский стартап Atom Computing в октябре 2023 г., более чем вдвое превысив предыдущее достижение IBM от ноября 2022 года — 433 кубита.
«Прорывом» в квантовых вычислениях осенью 2024 г. СМИ называли 105-кубитный чип Willow от Google, который способен выполнить вычислительную задачу менее чем за пять минут — процесс, который, по словам представителей компании, займет у одного из самых быстрых суперкомпьютеров в мире 10 септиллионов лет, что превышает возраст Вселенной.
Четырехкубитный квантовый процессор заработал в МГТУ им. Н.Э. Баумана летом 2024 г., как писал CNews.
Российские ученые из МФТИ запустили первый российский 12-кубитный квантовый процессор в январе 2024 г. В феврале 2024 г. «Росатом» заявлял о создании 20-кубитного квантового компьютера на ионной платформе и 25-кубитного на атомной.
В марте 2025 г. представители МФТИ сообщили CNews о создании оригинальной схемы квантового процессора, состоящего из 40 сверхпроводниковых квантовых битов. Процессор уже прошел предварительные тесты.
Короткая ссылка
