Компания Fujitsu создала первый в мире рабочий квантовый компьютер на основе алмазов

Японский технологический гигант Fujitsu разработал первый в мире работающий прототип алмазного спинового квантового компьютера, в котором используются оловно-вакансионные (SnV) центры, интегрированные в фотонные интегральные схемы. Новый прототип может работать при температуре -456,9 градусов по Фаренгейту (-271,6 градусов по Цельсию). Это примерно на 2,8 градуса по Фаренгейту теплее, чем -459,6 градуса по Фаренгейту (-273,13 градуса по Цельсию), необходимые для работы сверхпроводящих квантовых компьютеров.

В Fujitsu заявили, что эта технология может привести к созданию более мощных квантовых компьютеров благодаря использованию света для соединения отдельных вычислительных модулей. Компания планирует создать многомодульный прототип алмазного спинового компьютера к 2027 году. Она также стремится сделать квантовые вычисления применимыми на практике к 2030 году.

От алмазных дефектов до 1000 логических кубитов

В соответствии со своей квантовой «дорожной картой» компания Fujitsu планирует разработать систему на 250 логических кубитов к 2030 финансовому году и систему на 1000 логических кубитов к 2035 финансовому году.

«Мы рады объявить о создании этого прототипа алмазного спинового квантового компьютера — результата совместных исследований, которые Fujitsu, Делфтский технический университет и QuTech проводят с 2020 года», — отметил генеральный директор QuTech Кес Эйкел.

Прототип использует дефекты кристаллической решетки алмаза, более известные как цветные центры, для создания кубитов. В алмазных спиновых системах обычно используются азотно-вакансионные (NV) центры, которые образуются, когда атом азота заменяет атом углерода рядом с пустым местом в кристаллической решетке алмаза. Однако для новой системы инженеры обратились к оловянно-вакансионным (SnV) центрам. Эти дефекты содержат атом олова, расположенный между двумя вакансиями в структуре алмаза.

«Симметричная структура делает SnV-центры менее чувствительными к внешнему шуму, чем традиционные NV-центры. Кроме того, SnV-центры излучают свет примерно в 10 раз ярче, чем NV-центры. Это потенциально может улучшить оптические соединения между квантовыми модулями», — заявили в Fujitsu.

Такой подход также может обеспечить более эффективную коррекцию ошибок. Его свойства могут способствовать стабильности квантовых состояний и позволять формировать логические кубиты — группы физических кубитов, выполняющих квантовые вычисления в соответствии с требованиями квантового алгоритма, — с использованием меньшего количества физических кубитов, чем в конкурирующих методах.

(2). Снимок с электронного микроскопа и схематическая диаграмма части фотонной интегральной схемы, состоящей из алмаза с оловянно-вакансионными (SnV) центрами и алюмооксидных волноводов. (3). Молекулярные структуры и спектры излучения SnV-центров и NV-центров. Фото: The Quantum Insider

Как компания Fujitsu интегрировала алмазы в квантовый чип

Для создания системы компания Fujitsu сначала разработала процесс соединения высококачественных алмазных подложек с имплантированным оловом с подложками из оксида алюминия и диоксида кремния. Алмаз был утончен с нескольких сотен микрометров до всего лишь нескольких сотен нанометров для интеграции в квантовые чипы.

«Подход с использованием алмазных спинов, который мы применили в этом прототипе, не только сам по себе обеспечивает исключительную масштабируемость, но и обладает потенциалом для интеграции со сверхпроводящими квантовыми компью’ютерами с целью дальнейшего расширения их возможностей и выполнения более сложных и масштабных вычислений», — пояснил технический директор Fujitsu Вивек Махаджан.

Компания также разработала фотонные интегральные схемы, в которых сочетаются алмазные кристаллы нанометрового размера с центрами SnV и оптическими волноводами из оксида алюминия. Наконец, она разработала механизм управления алмазными спиновыми кубитами с помощью света, микроволн и радиочастотных волн.

“В соответствии с нашей дорожной картой по созданию системы на 250 логических кубитов к 2030 финансовому году и системы на 1000 логических кубитов к 2035 финансовому году Fujitsu продолжит развивать прикладные квантовые вычисления в широком спектренаправлений — от программного обеспечения до аппаратного обеспечения, — используя ключевые преимущества алмазного спинового подхода, в частности высокую точность и оптическую соединимость», — подытожил Махаджан в заявлении.

Устройство уже эксплуатировалось в тестовой среде на платформе гибридных квантовых вычислений Fujitsu. По данным компании, пользователям не требуются дополнительные специальные знания для управления новым оборудованием.