Цель – квантовый компьютер: в НОЦ ФМН созданы кубиты-трансмоны с временем когерентности более 50 микросекунд

17 апреля 2019 года

Инженеры и ученые МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» ГК «Росатом» на базе совместного НОЦ «Функциональные Микро/Наносистемы» (НОЦ ФМН), в кооперации с  учеными ИФТТ РАН, МИСиС, МФТИ и РКЦ, разработали технологию создания сверхпроводниковых кубитов с «временем жизни» на уровне 50 микросекунд. Полученные результаты не уступают параметрам квантовых процессоров лучших мировых аналогов от IBM, Google, Intel. Это важнейший шаг на пути к созданию российского универсального квантового компьютера. Ключевые игроки зарождающегося рынка квантовых вычислений выбрали в качестве технологической платформы именно сверхпроводниковые кубиты.

Кремниевая пластина с чипами и чип сверхпроводникового квантового процессора

© НОЦ ФМН. Кремниевая пластина с чипами и чип сверхпроводникового квантового процессора, который может обрабатывать информацию на несколько порядков быстрее, чем полупроводниковые чипы классических компьютеров.

В результате 2-х летней работы были созданы и экспериментально продемонстрированы кубиты типа 2D-трансмон. Многокубитные квантовые процессоры всех мировых IT-гигантов построены именно на базе кубитов этого типа. Сверхпроводниковые кубиты имеют неоспоримые преимущества, так как могут быть изготовлены «стандартными» методами современной наноэлектроники. А это означает простую и быструю возможность масштабирования сверхпроводниковых квантовых схем и массовый выпуск квантовых процессоров. «Стандартными» эти методы наноэлектроники являются только для узкого круга высококвалифицированных специалистов, обладающих лучшими технологическими возможностями в мире. Сегодня в НОЦ ФМН на базе МГТУ им. Н.Э. Баумана создана технологическая база, позволяющая конкурировать с мировыми научными лабораториями. Сверхпроводниковые кубиты «не терпят» любых, даже атомарных загрязнений интерфейсов и поверхностей, поэтому требуют применения сложнейших технологий изготовления. Они работают стабильно только в контролируемой среде и при температурах, ниже температур жидкого азота и даже глубокого космоса – в непосредственной близи абсолютного нуля по Кельвину. До 2016 года отставание по основным параметрам отечественных сверхпроводниковых квантовых вычислителей и симуляторов составляло более 10 лет. 

Результаты измерения однотоновой спектроскопии, двухтоновой спектроскопии, времени релаксации и времени декогеренции кубитов 2D-трансмонов

© НОЦ ФМН. Результаты измерения однотоновой спектроскопии, двухтоновой спектроскопии, времени релаксации и времени декогеренции кубитов 2D-трансмонов.

Сегодня в России впервые создан комплекс конкурентоспособных серийных технологий и технических решений в области квантовых вычислений на базе сверхпроводниковых кубитов. В НОЦ ФМН разработана российская технология изготовления кристаллов квантовых процессоров с нанометровыми размерами элементов кубитов. Создан базовый модуль сверхпроводникового квантового компьютера. Модуль основан на коммерческом криостате растворения и разработанных в центре специальных системах сверхвысокочастотной фильтрации, многоуровневого экранирования, необходимых блоков управляющей спецэлектроники и программного обеспечения. Созданный комплекс не имеет аналогов в России и соответствует лучшим мировым образцам. Разработанные технологии  позволяют «с нуля» с применением новейших методов наноэлектроники создавать сверхпроводниковые кубиты – «транзисторы» квантовых процессоров, и квантовые многокубитные сверхпроводниковые интегральные схемы. Илья Родионов, директор НОЦ ФМН, поделился мыслями и планами предстоящей работы:
«…Полученный результат мы считаем промежуточным, мы понимаем, что делать на следующем этапе. Мы планируем двигаться в сторону 100-кубитного компьютера со временами жизни кубитов более 100 микросекунд. А главная наша цель – создать универсальный квантовый компьютер, что позволит решать практические задачи, полезные для нашей страны. Мы довольно четко понимаем и представляем, что должно быть усовершенствовано и в технологии, и в эксперименте, и в измерениях, и в алгоритмах для того, чтобы прийти к практически полезному квантовому симулятору, а дальше к созданию универсального квантового компьютера…»
Россия уверенно занимает свою позицию в закрытом технологическом клубе и начинает участие в мировой цифровой квантовой гонке. Безграничные возможности  квантовых компьютеров - по шифровке и дешифровке информации, моделированию сложнейших процессов квантовой химии и новых материалов, расчету процессов связанных с новыми производственными технологиями, созданию и исследованию новых лекарств, расчёт сложных теплофизических процессов  и многое другое – будут возможны и для нашей страны.
Работы осуществлены в предельно сжатые сроки в рамках проекта Фонда перспективных исследований (ФПИ), который выполняется в широкой научно-технической кооперации ФГУП «ВНИИА», МГТУ им. Н.Э. Баумана, ИФТТ РАН, МИСиС, МФТИ, РКЦ, НГТУ, а также инициативной программы исследований ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова». 
Благодаря кооперации лидирующих российских научных команд, созданной в рамках проекта ФПИ, уже реализованы однокубитные и двухкубитные логические вентили с точностью операций от 80 до 99%, что позволит в ближайшее время перейти к созданию российских многокубитных квантовых процессоров.
Все новости