Немецкая компания NVision представила молекулярный кубит — элемент квантового компьютера, в котором носителем квантовой информации служит электронный спин отдельной органической молекулы, а не атома. Это будет подобно революции в дисплеях, когда на рынок вышли OLED, только в сфере квантовых платформ — мощно, быстро, доступно и безальтернативно.
Источник изображения: Valentin Heinrich
Разработка создана в сфере квантовых систем, в составе которых отдельные кубиты обмениваются информацией посредством фотонов — квантов света. Учёным удалось продемонстрировать индивидуальное управление спином одной молекулы и его оптическое считывание. Иными словами, доказана работа системы на уровне концепции, но при этом цели разработчиков крайне амбициозны — они обещают появление технологии в составе ЦОД не позднее 2030 года.
В основе разработки лежит карбен — органическое соединение, атом углерода в котором имеет два неспаренных электрона. Для стабилизации молекулы её поместили в кристаллическую матрицу из родственного по структуре органического соединения. При температуре 4,5 К (около −268,7 °C) исследователи возбуждали молекулу лазером и регистрировали испускаемые фотоны. Ширина отдельной оптической линии составила 38 МГц, а её центральная частота оставалась стабильной на протяжении более часа с разбросом примерно 2,4–2,6 МГц. Управление электронным спином осуществлялось микроволновыми импульсами, а время когерентности достигало 2,2 мс.
Следующий этап — это интеграция молекулярных кубитов с фотонными интегральными схемами, которые будут направлять и обрабатывать свет на чипе. Для этого NVision объединилась с американской HyperLight, специализирующейся на фотонике на основе тонкоплёночного ниобата лития. Молекулярный материал позволяет наносить его тонким слоем непосредственно на фотонные чипы. По заявлению NVision, архитектура должна допускать потерю до 70 % фотонов, что потенциально позволит использовать стандартную кремниевую фотонику. Тем самым производство фотонных чипов для квантовых компьютеров можно наладить на современных заводах без какой-либо переделки линий.
Представленная технология обещает множество выгод по сравнению с традиционными кубитами всех мастей от криогенных до холодных атомов: молекулярные кубиты позволят создавать разрозненные массивы кубитов, которым не будет мешать интерфейс и соседние кубиты, настройка квантовых состояний возможна во множестве для каждой молекулы, органические плёнки с кубитами обещают простоту нанесения на фотонные схемы, а также готовность современных заводов работать со всем этим. Одним словом — это революция в мире квантовых компьютеров, как представляют разработку авторы.
Следующей целью NVision станет масштабирование системы до 1000 физических кубитов с дальнейшим переходом к 1000 логическим отказоустойчивым кубитам к 2030 году. Что же, ждать осталось недолго — поглядим.