Совершен прорыв в области квантовых компьютеров: обнаружен самый чистый кремний в мире

Ученые из Манчестерского и Мельбурнского университетов разработали улучшенную форму кремния, которая является важным компонентом для создания кубитовых устройств — основных элементов квантовых компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Communications Materials — Nature.

Эксперимент проведен на базе метода, разработанного Эрнестом Резерфордом, основателем ядерной физики. Ученые смогли создать сверхчистую форму кремния, что открывает новые возможности для развития квантовых вычислений.

Кремний выступает в роли «кирпичика», необходимого для построения квантового компьютера. Квантовые компьютеры могут расширить возможности в области обработки данных, позволяя найти решения сложных задач, таких как изменение климата и проблемы в области здравоохранения.

Одна из самых больших проблем при разработке квантовых компьютеров заключается в том, что кубиты — строительные блоки квантовых вычислений — очень чувствительны и требуют стабильной среды для хранения содержащейся в них информации. Даже незначительные изменения в окружающей среде, включая колебания температуры, могут привести к компьютерным ошибкам.

Другой проблемой является их масштаб, как физический размер, так и вычислительная мощность. Десять кубитов имеют ту же вычислительную мощность, что и 1 024 бита в обычном компьютере, и потенциально могут занимать гораздо меньший объем. Ученые считают, что полноценно работающему квантовому компьютеру требуется около 1 млн кубитов, что обеспечивает возможности, недоступные ни одному существующему компьютеру.

Благодаря своим полупроводниковым свойствам кремний является основным материалом для вычислительной техники, и исследователи считают, что он может стать ключом к развитию квантовых компьютеров. Природный кремний состоит из трех атомов разной массы (называемых изотопами) — кремния 28, 29 и 30. Однако Si-29, составляющий около 5% кремния, вызывает эффект «ядерного триггера», заставляющий кубит терять информацию.

В Манчестерском университете ученые придумали способ создания кремния для удаления атомов кремния 29 и 30, что делает его идеальным материалом для создания квантовых компьютеров в больших масштабах и с высокой точностью. Результат, самый чистый кремний в мире, открывает путь к созданию 1 млн кубитов, которые могут быть размером с булавочную головку.

Результаты исследования — это большой научный прогресс, они могут иметь значительное влияние на будущее квантовых вычислений. Рави Ачарья, ученый, который проводил экспериментальную работу в рамках проекта, объяснил: «Возможность создания высококачественных кремниевых кубитов до сих пор была частично ограничена чистотой используемого кремниевого исходного материала. Та чистота, которую мы здесь демонстрируем, решает эту проблему».

Эта новая форма кремния может помочь в развитии масштабируемых квантовых компьютеров, способных обрабатывать данные в гораздо больших масштабах. Квантовые вычисления отличаются от классических вычислений и могут решать задачи, которые сейчас недоступны для обычных компьютеров.

В то время как классические компьютеры выполняют одно вычисление за другим, квантовые компьютеры могут выполнять все вычисления одновременно, что позволяет им обрабатывать огромные объемы информации и выполнять очень сложные вычисления с непревзойденной скоростью.

Несмотря на то что квантовые компьютеры все еще находятся на ранних стадиях развития квантовых вычислений, после их полной разработки они будут использоваться для решения реальных сложных задач, таких как разработка лекарств, и предоставления более точных прогнозов погоды — расчеты, слишком сложные для современных суперкомпьютеров.

Ранее стало известно, что Microsoft и OpenAI планируют создать суперкомпьютер, ориентированный на искусственный интеллект. Стоимость проекта может составить более $115 млрд, а суперкомпьютер, который называется Stargate, будет базироваться в США. Он станет центральным элементом пятиэтапного плана, сосредоточенного на серии суперкомпьютерных установок, которые компании планируют построить в ближайшие шесть лет.