Квантовая оптика на чипе: прорыв, приближающий эру квантовых компьютеров

Новости МирТесен

Германия продолжает продвигаться к созданию квантовых компьютеров, способных к масштабированию, благодаря запуску SmaraQ — совместного исследовательского проекта. В рамках этой инициативы квантовая оптика интегрируется непосредственно на чип. Проект, в котором участвуют QUDORA Technologies GmbH, AMO GmbH и Институт прикладных исследований твердотельной физики Фраунгофера (Fraunhofer IAF), нацелен на замену объемных оптических систем компактными чиповыми аналогами. Это позволит повысить эффективность и масштабируемость ионных квантовых компьютеров.

Новый взгляд на управление 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 прогресс благодаря интеграции на кристалле », — сообщил доктор Майк Шеллер, возглавляющий направление фотоники в QUDORA, в пресс-релизе. « Наноразмерные волноводные структуры, в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса, разрабатываются нами для точной доставки света к ионным кубитам ».

Благодаря такой интеграции повышается не только оптическая стабильность, но и открывается возможность масштабного производства квантовых процессоров с использованием общепринятых полупроводниковых технологий, что является важным этапом для распространения квантовых вычислений.

Сотрудничество, основанное на взаимодополняющем опыте

SmaraQ объединяет трех ключевых партнеров, каждый из которых обладает уникальным техническим опытом. QUDORA Technologies, выступая в роли координатора проекта, отвечает за внедрение фотонных систем в архитектуру квантовых вычислений на пойманных ионах и за подготовку к 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 благодаря своей специализации в области материаловедения. Он разрабатывает эпитаксиальные тонкопленочные пластины из нитрида алюминия (AlN) высочайшего качества, которые служат базой для фотонных устройств. Параллельно AMO GmbH использует свои передовые технологии нанопроизводства для создания и нанесения рисунка этих устройств на чипы с помощью современной литографии. Совместные усилия создают производственную цепочку, обеспечивающую выпуск ключевых для квантовых вычислений материалов и компонентов в Германии, что является стратегическим преимуществом для поддержания технологической независимости.