Компания HRL Laboratories, совместное предприятие Boeing и General Motors, сообщила о создании кремниевого квантового процессора, который впервые смог работать автономно. В отличие от всех предыдущих систем, новый чип не требует постоянного участия внешней электроники, работающей при комнатной температуре. Все управляющие сигналы формируются прямо внутри криостата — специальной холодильной установки, где поддерживается сверхнизкая температура.
До сих пор одним из главных препятствий на пути создания мощных квантовых компьютеров было именно внешнее управление. Десятки и сотни кабелей тянулись от теплой электроники к холодным кубитам, создавая тепловые помехи и ограничивая рост числа кубитов. Инженеры HRL решили эту проблему, разместив управляющий чип непосредственно рядом с квантовыми точками. Этот контроллер, работающий при температуре 4 кельвина, заменяет целые стойки внешнего оборудования и генерирует все сигналы самостоятельно.
Сам процессор изготовлен на стандартных кремниево-германиевых пластинах и содержит 54 квантовые точки, из которых можно настроить до 18 кубитов. Для соединения управляющей логики и кубитов был разработан специальный сверхпроводящий кабель с 296 каналами. При этом управляющий чип потребляет менее 3,5 ватт, а тепловая нагрузка на кубиты не превышает 10 микроватт, что позволяет поддерживать их рабочую температуру на уровне 150 милликельвинов.
В ходе испытаний новая система показала существенное улучшение точности. Уровень ошибок снизился примерно в десять раз по сравнению с предыдущими версиями кремниевых спиновых процессоров. Погрешность однокубитных операций составила 0,017 %, а для двухкубитных вентилей — 0,35 %. Также в десять раз удалось снизить электрический шум, что позволило выполнять операции быстрее и точнее.
Для проверки надежности системы были проведены тесты на коррекцию ошибок. В одном из экспериментов код с расстоянием 5 показал коэффициент подавления ошибок 4,7, что означает эффективное исправление сбоев в процессе вычислений. В другом тесте точность работы двух логических кубитов удалось сохранить на уровне 95 % на протяжении трех последовательных циклов.
Все компоненты нового процессора могут производиться на обычных полупроводниковых заводах по стандартной технологии. Это открывает путь к массовому производству и масштабированию квантовых систем. В настоящее время IBM завершает сделку по приобретению HRL Laboratories, что позволит использовать эту технологию в собственной дорожной карте по созданию отказоустойчивого квантового компьютера.