Российские учёные разработали новую технологию интеграции квантовых систем на кристалле, которая открывает возможности для создания компактных и точных квантово‑классических вычислителей.
Команда ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» совместно с МГТУ им. Н. Э. Баумана представила методику, позволяющую объединить квантовые сопроцессоры и системы считывания на одном чипе. Решение значительно повышает точность и эффективность квантовых алгоритмов, а также уменьшает размеры элементной базы в сотни раз.
Технология была успешно протестирована при создании нового поколения параметрических криогенных усилителей. Эти устройства обеспечивают высокоточное считывание состояний многокубитных квантовых процессоров. Новый усилитель отличается ультранизким уровнем собственных шумов и значительно уменьшенными размерами — более чем в 300 раз по сравнению с предыдущими моделями.
Ключевые характеристики новой технологии таковы:
— Коэффициент усиления более 15 дБ при широкой полосе пропускания около 600 МГц.
— Мощность насыщения -107 дБм, что позволяет эффективно обрабатывать сигналы.
— Шумовая температура системы до 350 миликельвин.
Эти характеристики были экспериментально подтверждены и опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters. Новый усилитель уже демонстрирует эффективность, сравнимую с разработками ведущих мировых лабораторий, включая NIST, Google и UC Santa Barbara.
Для достижения таких результатов использованы инновационные материалы. В частности, в качестве диэлектрика применён аморфный гидрогенизированный кремний с ультранизкими потерями. Это существенно снижает уровень шума — важный параметр для считывания состояний квантовых кубитов. Конструкция усилителя состоит из микроскопических элементов, таких как плоскопараллельные конденсаторы и планарные катушки индуктивности, что делает устройство компактным и эффективным.
Новая технология позволяет перейти к созданию интегрированных квантовых систем, что ускоряет разработку гибридных квантово‑классических вычислителей. Это, в свою очередь, открывает новые возможности в области высокоточных вычислений, криптографии и моделирования сложных систем. По словам разработчиков, такими технологическими возможностями сейчас обладают лишь несколько крупных фабов в мире.