Спец-ЭлектронКомплект

Ученые в России изготовили один из самых больших в мире программируемых многоплечевых интерферометров (чипов) для квантовых вычислений по технологии фемтосекундной лазерной печати. Этот чип может быть программируемым, что делает его более гибким в сравнении с непрограммируемыми аналогами.

В России разработан один из самых больших в мире программируемых многоплечевых интерферометров для квантовых вычислений по технологии фемтосекундной лазерной печати. Чип уже преодолел тестовые испытания в Центре квантовых технологий (ЦКТ) физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Об этом 3 июня 2024 г. сообщил ТАСС заведующий лабораторией квантовой инженерии света Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), научный руководитель ЦКТ МГУ Сергей Кулик.

Информация о данной работе была опубликована в международном журнале Photonics Research. Коллектив ученых из Южно-Уральского государственного университета также принимал активное участие в разработке и производстве этого чипа и планирует использовать его для квантовых вычислений. Университет сфокусирован на развитии проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. Институт ведет исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В 2021 г. ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет-2030». Цель программы – к 2030 г. сформировать в России более 100 прогрессивных современных университетов — центров научно-технологического и социально-экономического развития страны.

По словам Сергея Кулика, квантового компьютера как такового в мире не будет еще десятилетия. Хоть на 2024 г. это и спорная оценка, но в целом, многие эксперты в области квантовых вычислений согласны с тем, что создание масштабируемого и стабильного квантового компьютера, который может выполнять сложные задачи, потребует значительных технических достижений и преодоления существующих барьеров. Между тем отдельные платформы квантовых вычислений производят на громоздких установках, которые по своим масштабам напоминают классические компьютеры 1950-1960 гг. ХХ века.

Со слов разработчиков, в ЦКТ МГУ им. М. В. Ломоносова разработали и изготовили программируемый оптический чип — ходы волноводов можно «перепрожигать на ходу», делая это за относительно короткие промежутки, то есть сотые доли секунды.

Квант света — это фотон оптического излучения, а фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны. Монохроматический световой поток состоит из фотонов с одинаковой световой энергией. Квант света может находиться в трех состояниях: в покое, в прямолинейном движении, во вращательном движении.

По информации ТАСС, программируемость чипа позволяет разработчикам настроить его поведение в соответствии с конкретными требованиями приложения, что обеспечивает более высокую гибкость и возможность использовать чип в различных приложениях без необходимости в разработке новой аппаратной платформы по сравнению с непрограммируемыми аналогами. Этот важный шаг в развитии квантовых вычислений отмечают специалисты из МГУ им. М. В. Ломоносова, поскольку такие системы могут эффективно решать сложные научные и промышленные задачи, открывая новые перспективы в области вычислений.

Лаборатория «Квантовая инженерия света» в ЮУрГУ создана в 2022 г., при финансировании грантом Правительства России для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях и государственные научные центры России (постановление Правительства России от 09.04.2010 № 220). Лаборатория на 2024 г. занимается исследованиями гибридных квантовых состояний света в задачах квантовой обработки информации, разработкой алгоритмов и протоколов на основе квантовых состояний света для выполнения квантовых вычислительных операций, стойких к потерям и моделированием и экспериментальной реализацией оптимальных квантово-оптических схем с негауссовыми состояниями света в области квантовых вычислений и метрологии.

Квантовые вычисления — это концепция, о которой многие слышали, но мало кто понимает. Усовершенствование чипов для квантовых вычислений будет играть важную роль в будущем технологии, но как именно эти чипы работают? Чип для квантовых вычислений служит процессором для квантовых компьютеров. Чипы содержат квантовые биты или же «кубиты», ключевое преимущество квантовых вычислений перед классическими. В классических вычислениях бит может иметь значение ноль или один, а кубиты могут иметь значение ноль, один или оба. Это дает квантовым компьютерам возможность обрабатывать уравнения и алгоритмы экспоненциально быстрее, чем классические компьютеры. Пока эта технология находится в небольшом масштабе, но она способна существенно изменить наше представление о вычислениях.

Литейное производство способно производить практически любые сверхпроводниковые чипы для коммерческих, академических и правительственных рынков, предлагая проектирование, разработку, моделирование, компоновку, изготовление, криогенные высокоскоростные испытания и упаковку в производственных условиях мирового класса. Современные возможности обработки 150 мм пластин поддерживаются передовым оборудованием в чистых комнатах с многократным использованием. Возможности крупносерийного производства позволяют заказчикам воспользоваться преимуществами быстрого повышения производительности и качества.

Технология цифрового квантового управления System-on-a-Chip (DQM) — это связующее звено между квантовым оборудованием и квантовыми алгоритмами и приложениями. Интегрируя критически важные функции управления в чип, она обеспечивает новый уровень масштабирования и экономичности, а также открывает новые функциональные возможности для квантовых вычислений. Процессоры будут выполнять функции цифрового управления кубитами, считывания и классической обработки данных, а также станут платформой для исправления ошибок. Они расположены рядом и интегрированы с чипами кубитов в криоохлаждаемой среде, что позволяет резко снизить сложность входных/выходных соединений и получить максимальную выгоду от быстрого, точного, малошумного цифрового управления и считывания, а также энергоэффективной классической совместной обработки. Эффективное производство и распространение чипов для квантовых вычислений будет иметь огромное значение для коммерческого будущего квантовых вычислений.

Некоторые проблемы, с которыми сталкиваются чипы для квантовых вычислений — это масштабируемость и производство. Хотя концепция квантовых вычислений была представлена в 1959 г., отрасль находится в зачаточном состоянии. XXI век принес много жизненно важных достижений в области квантовых вычислений, но основным препятствием по-прежнему остается коммерческая масштабируемость квантовых вычислений. Технологии квантовых вычислений способны изменить некоторые из крупнейших отраслей промышленности в мире, но только если процесс масштабирования будет продолжаться.

Другой проблемой в процессе производства чипов являются проблемы с цепочками поставок. Пандемия COVID-19 вызвала дефицит микросхем, что привело к резкому росту спроса на них. Хотя эти перебои в цепочке поставок со временем исчезли, но с начала 2022 г. началась санкционные войны и торговые цепочки опять пострадали. Экономический конфликт между США, Россией и Китаем включает в себя торговую войну между этими странами.

Источник