Германия продолжает продвигаться к созданию квантовых компьютеров, способных к масштабированию, благодаря запуску SmaraQ — совместного исследовательского проекта. Он предполагает интеграцию квантовой оптики непосредственно на чип. В рамках проекта, осуществляемого компаниями QUDORA Technologies GmbH, AMO GmbH и Институтом прикладных исследований твердотельной физики Фраунгофера (Fraunhofer IAF), планируется заменить громоздкие оптические системы на компактные чиповые решения. Это позволит повысить эффективность и масштабируемость ионных квантовых компьютеров.
Рассмотрение новых подходов к управлению ионными системами с использованием оптических методов
SmaraQ базируется на революционном подходе к фотонной интеграции. Классические ионные квантовые компьютеры используют сложные системы зеркал и линз для управления лазерными лучами и, соответственно, кубитами. По мере увеличения размеров систем такая организация становится все более громоздкой. Каждый ион, выполняющий роль кубита, должен быть точно воздействован лазерным излучением для проведения операций, таких как инициализация и охлаждение. Обеспечение этой точности для сотен или тысяч кубитов являлось ключевой задачей при масштабировании.
SmaraQ предлагает решение, основанное на создании ультрафиолетовых (УФ) волноводов и фотонных элементов из нитрида алюминия (AlN) и оксида алюминия (Al₂O₃). Данные материалы применяются для изготовления интегрированных на кристалле волноводов, способных направлять свет к кубитам с нанометровой точностью. Благодаря этому методу отпадает необходимость в громоздкой оптике, использующей свободное пространство, что позволяет существенно уменьшить размеры системы и повысить ее стабильность.
«Ионные квантовые вычисления могут получить значительный импульс благодаря интеграции на кристалле », — отметил доктор Майк Шеллер, возглавляющий направление фотоники в QUDORA, в пресс-релизе. « Для наших ионных кубитов мы изготавливаем волноводные структуры в нанометровом диапазоне, их толщина в десять тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса, обеспечивая доставку света с высокой точностью в необходимые области ».
Благодаря такой интеграции достигается не только улучшенная оптическая стабильность, но и открывается возможность серийного производства квантовых процессоров с применением стандартных полупроводниковых технологий, что является важным этапом для расширения использования квантовых вычислений.
Сотрудничество, основанное на взаимодополняющем опыте
SmaraQ объединяет трех ключевых партнеров, каждый из которых обладает уникальным техническим опытом. QUDORA Technologies, выступая в качестве координатора проекта, отвечает за интеграцию фотонных систем в архитектуру квантовых вычислений на пойманных ионах и обеспечивает продвижение коммерциализации после завершения проекта. Технология NFQC (Next-Generation Field Quantum Computing), разработанная компанией, известна благодаря высокой когерентности кубитов и точному управлением, что определяет стандарты в области ионных систем.
Институт Фраунгофера IAF вносит вклад, специализируясь на материаловедении и разрабатывая высококачественные эпитаксиальные тонкопленочные пластины из нитрида алюминия (AlN), которые являются основой для фотонных компонентов. Компания AMO GmbH использует свои передовые технологии нанопроизводства для создания и нанесения рисунка этих компонентов на чипы с использованием современной литографии. Благодаря совместным усилиям формируется производственная цепочка, обеспечивающая выпуск ключевых материалов и компонентов для квантовых вычислений в Германии, что является стратегическим преимуществом для поддержания технологической независимости.