Ученые из Технологического университета Чалмерса (Швеция) в сотрудничестве с компанией Low Noise Factory AB создали новый квантовый усилитель, энергопотребление которого в десять раз ниже, чем у существующих моделей, при этом производительность не ухудшилась. Эта разработка может стать важным этапом в создании масштабных квантовых компьютеров, способных к коррекции ошибок.
Квантовые вычисления основаны на кубитах, которые обладают свойством суперпозиции, позволяющим решать задачи, непосильные классическим компьютерам. Однако для определения состояния кубитов необходимо усиливать очень слабые микроволновые сигналы, что обычно вызывает нагрев и создает помехи. По мере увеличения количества кубитов вопросы энергопотребления и теплового шума приобретают решающее значение.
Импульсный режим работы нового усилителя предполагает его активацию лишь на время считывания кубита, что составляет около нескольких сотен наносекунд. Благодаря этому удалось снизить энергопотребление на 86% и уменьшить влияние на чувствительные квантовые состояния. Для обеспечения стабильности работы использовался генетический алгоритм, позволивший оптимизировать форму импульса включения и сократить время достижения максимальной мощности до 35 наносекунд.
«Представленный усилитель обладает наибольшей чувствительностью среди транзисторных аналогов и отличается минимальным потреблением энергии. Благодаря нашей разработке станет возможна более точная регистрация кубитов в перспективных вычислительных системах », — подчеркнул Инь Цзэн, ведущий автор научной работы.
Данная технология может найти применение не только при работе со сверхпроводящими кубитами, но и в других платформах, включая спиновые и фотонные кубиты. Профессор Ян Гран отмечает, что уменьшение тепловой нагрузки от усилителей является одним из ключевых факторов, определяющих возможность масштабирования квантовых компьютеров.
Исследование, в IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, демонстрирует, как инновационные инженерные решения помогают преодолеть ключевые ограничения в развитии квантовых технологий.