Превращение кремниевых транзисторов в кубиты позволит создать квантовые компьютеры с миллиардами кубитов

Исследователи из японского Института физико-химических исследований RIKEN разрабатывают технологию превращения кремниевых полевых транзисторов (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) в квантовые биты, кубиты, которые могут быть без особых проблем интегрированы в структуру традиционных полупроводниковых чипов. Появление такой технологии позволит создавать масштабируемые квантовые устройства, что, в свою очередь, сделает квантовые компьютеры еще на один шаг ближе к реальности.

Работы по созданию «транзисторных кубитов» проводятся группой Кеиджи Оно (Keiji Ono) при участии специалистов компании Toshiba Corporation и коллег из США. Сейчас эта группа занимается исследованиями свойств кубитов на базе искусственных дефектов в структуре традиционных кремниевых полевых транзисторов.

«Большинство компаний, в частности IBM и Google, разрабатывают свои квантовые компьютеры со сверхпроводящими кубитами» — рассказывает Кеиджи Оно, — «Мы, напротив, разрабатываем квантовый компьютер, основанный на традиционных кремниевых технологиях. Преимуществом такого подхода является то, что мы можем использовать все имеющиеся знания, опыт и оборудование».Во время экспериментов исследователи охладили полевой транзистор до температуры в 1.6 Кельвина (-271.6 градуса Цельсия) и занялись измерением его свойств, воздействуя на транзистор магнитным полем и микроволновым излучением. В таких условиях транзистор не оказался способным полностью открываться или закрываться, зато пара дефектов в его структуре сформировала две близкие квантовые точки, которые действовали как кубит, основанный на вращении электронов в этих точках. При этом, изменяя параметры работы транзистора можно управлять состоянием кубита или считывать содержащуюся в нем квантовую информацию.

В своих дальнейших исследованиях ученые собираются постепенно увеличивать температуру и найти самую верхнюю точку, при которой все квантовые явления, происходящие внутри кубита-транзистора, будут продолжать действовать. «Наши текущие исследования уже были проведены при температуре, на порядок превышающей расчетную температуру» — рассказывает Кеиджи Оно, — «И у нас имеется подозрение, что мы сможем получить положительные результаты при более высоких температурах, лежащих в диапазоне от 10 до 100 Кельвинов, или, что более интересно, даже при комнатной температуре».