CMOS технологията помогна за постигането на рекордна точност… и още 60 години усилия и трилиони долари.

В света на квантовите изчисления вълнението около австралийския стартъп Diraq, който направи пробив в подобряването на качеството на операциите с кубити, не е стихнало. Използвайки съществуващата полупроводникова инфраструктура, компанията е постигнала безпрецедентна точност от 99,9% при манипулирането на един кубит в квантов процесор.

Ключово за постижението на Diraq е партньорството с изследователския център на Imec в Льовен, Белгия, водещ независим разработчик в областта на нанотехнологиите. Именно Imec изработи кубитовото устройство върху 300-милиметрова силициева пластина, използвайки CMOS материали.

CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) е основният съвременен метод за производство на чипове, транзистори и процесори върху силициеви пластини. За направата им се използват CMOS материали: силиций, силициев диоксид, различни метали и полупроводникови примеси.

„Постигнахме рекордна производителност на кубитово устройство, произведено от Imec, водещ независим изследователски център в областта на нанотехнологиите в света. Партньорството ни с тях е от решаващо значение за реализирането на технологичната пътна карта на Diraq. Благодарение на него възнамеряваме да изпреварим конкуренцията и да предоставим напълно функционална система с корекция на грешките“,

коментира Андрю Дзурак, главен изпълнителен директор и основател на Diraq.

За да постигне толкова висока точност на операциите, Diraq прилага много различни технологии, включително оптимизирана инициализация на кубита, обратна връзка в реално време, генериране на специални импулси за управление на напрежението и усъвършенствани аналитични техники: томография на набора от гейтове и рандомизирано тестване.

Създадените устройства са предназначени за интегрирането на силициеви кубити със стандартни транзистори, което потенциално позволява поставянето на милиони или повече кубити на един чип. Това е видът мащабиране, който е от съществено значение за практическата реализация на квантовата корекция на грешките.

„Постигнатият резултат е ключов етап към комбинирането на висококачествени кубити със стандартни CMOS транзистори в един чип“,

се казва в съобщение за пресата на Diraq.

За реализирането на тази амбициозна цел компанията е привлякла водещи световни експерти в областта на проектирането на квантовите процесори.

CMOS транзисторите, с които ще бъдат интегрирани кубитите, имат огромен принос за ИТ индустрията, като се произвеждат масово на силициеви чипове за използване в мобилни устройства, облачни изчисления и друга инфраструктура. Разработването на интегрираните чипове вече е в ход в партньорство с производителя на полупроводници GlobalFoundries, който ще ги проектира и произведе тази година. Производственият процес обаче трябва да бъде организиран безпроблемно.

„Комерсиалното използване на квантовите изчисления в области като разработване на целеви лекарства, проектиране на съвременни материали, криптография и решаване на оптимизационни проблеми изисква квантова корекция на грешките, изискваща милиони кубити“,

обясни Андрю Дзурак.

Той добави, че пътната карта на Diraq за мащабируеми квантови процесори се базира на възможностите на полупроводниковата индустрия, усъвършенствани в продължение на повече от 60 години с колосални инвестиции от трилиони долари.

Квантовата корекция на грешките е техника, която се използва за защита на информацията от грешки, причинени от квантовата декохерентност и други шумове. За разлика от класическите системи, където грешките могат да бъдат открити и коригирани сравнително лесно, в квантовите системи състоянието на кубитите (основните единици на квантовата информация) е много крехко и лесно се разрушава. Квантовата корекция позволява да се запази точността на изчисленията, като се използват допълнителни кубити за създаване на резервни данни, които помагат за откриване и коригиране на грешките. Това е от решаващо значение за изграждането на надеждни и мащабируеми квантови компютри, способни да извършват най-сложни изчисления.

Отличителна черта на решението на Diraq е компактният размер на CMOS кубитите в сравнение с днешните транзистори. Това благоприятно ги отличава от другите квантови платформи, които изискват енергоемка и скъпа инфраструктура.