Ученые из РФ и Японии создали первое скоростное компактное устройство для квантового процессора

"Уникальность этого устройства определяют три факта: перестройка в широкой полосе частот - 4.8-7.3 ГГц, компактность — по занимаемой площади на чипе это 1-2 кубита (80 мкм на 420 мкм),  а также максимальная рабочая мощность -80 дБм", - говорится в сообщении.

Основное назначение квантового переключателя - управляемая маршрутизация фотонных сигналов на чипе. Это означает, что с помощью внешнего параметра можно выбирать, в какой канал из нескольких отправить конкретный сигнал.

"Простыми словами: переключатель - это аналог стрелки на железнодорожных путях. У самого поезда нет руля, как и у летящих фотонов, и управлять их движением можно переключением "стрелки", - поясняют ученые.

Именно такое устройство - квантовый переключатель - разработано физиками лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ совместно с учеными из Японии.

"С помощью созданного узла можно значительно увеличить "транспортные" возможности схемы процессора. Переключатель позволяет сократить его размеры и необходимое число линий для конкретного эксперимента", - говорится в сообщении.

Основное достижение коллектива - реализация волновода с замедленной скоростью распространения сигнала.

"По сравнению с традиционно используемыми копланарными волноводами скорость распространения сигнала в нашей системе почти на два порядка ниже. Это позволило перейти в модель сосредоточенных элементов, в которой характерный размер одной ячейки много меньше длины волны. Основное препятствие для создания таких волноводов — необходимость большой электрической ёмкости, которая должна занимать пространство на чипе. Это удалось реализовать с помощью специально разработанной технологии изготовления диэлектриков с большим коэффициентом диэлектрической проницаемости. В процессе изготовления в диэлектрике создаются вкрапления металла, которые увеличивают диэлектрическую проницаемость, и, как следствие, электрическую ёмкость при той же площади конденсатора", - рассказала Юлия Зотова, соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ.

Отмечается, что ученые индуктивно связали два волновода с замедленной скоростью распространения с помощью цепочки СКВИДов. (SQUID, superconducting quantum interference device — "сверхпроводящий квантовый интерферометр", сверхчувствительный магнитомер для измерения сверхслабых магнитных полей).

"Индуктивность такой цепочки может быть перестроена с помощью внешнего магнитного поля, которое можно реализовать внешней катушкой или индуктором на чипе и поданным на них током. Меняя внешнее магнитное поле, мы меняем индуктивность цепочки СКВИДов и эффективную силу связи между волноводами. Когда связь становится достаточно сильной, сигнал проникает из одного канала в другой на определенной частоте. Таким образом, мы можем реализовывать любое соотношение сигналов на выходе для любой частоты из рабочего диапазона 4.8-7.3 ГГц", - добавил Александр Семенов, соавтор исследования, старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ.

По словам разработчиков, переключатели будут востребованы не только в кубитной тематике, но и в линейных схемах экспериментов по квантовой оптике, где требуется большое число волноводов и делителей пучка. Следует отметить, что новый переключатель может работать также в режиме делителя в произвольном соотношении.

На данном этапе группа продемонстрировала работу одного устройства. В плане - исследование синхронной работы нескольких таких устройств на чипах сверхпроводниковых квантовых процессоров с целью упрощения сложных схем.