Вся оптика квантового компьютера на одном чипе. SmaraQ разрезает километры зеркал и линз на кристалл толщиной с ноготь
Успешная интеграция фотоники в чипы упростит переход от прототипов к коммерческим системам.
Германия запустила еще один важный проект в области квантовых вычислений. Это инициатива СмараКв которой ученые и инженеры пытаются передать оптическое управление непосредственно на чип. Целью проекта является сделать ионные квантовые компьютеры компактными, более надежными и масштабируемыми. За проект отвечают QUDORA Technologies GmbH, AMO GmbH и Институт Фраунгофера IAF. Их общая цель — заменить громоздкие системы зеркал и линз интегрированной фотоникой, которая может направлять ультрафиолетовый свет на кубиты с нанометровой точностью.
Сегодняшние квантовые компьютеры с ионной ловушкой построены на основе сложной оптической системы. Каждый ион, играющий роль кубита, должен быть очень точно подсвечен лазером для инициализации, охлаждения и выполнения операций. Пока кубитов мало, это приемлемо. Но если речь идет о сотнях и тысячах кубитов, построение для них отдельных оптических каналов становится слишком сложным. Это считается одним из основных препятствий для масштабирования таких систем.
Вместо этого SmaraQ предлагает использовать интегрированные волноводы и фотонные компоненты на основе нитрида алюминия (AlN) и оксида алюминия (Al₂O₃). Эти материалы позволяют сделать на кристалле тонкие каналы, через которые ультрафиолетовый свет проходит непосредственно к нужному иону. Это означает, что свет доставляется не через свободное пространство и набор оптических устройств, а внутри структуры чипа. Это резко уменьшает размер системы, повышает стабильность и делает ее менее чувствительной к внешним факторам.
Глава отдела фотоники в QUDORA доктор Майк Шеллер объяснил, что интеграция на кристалле — естественный способ разработки ионных квантовых компьютеров. Он заявил, что компания развивает волноводные структуры, которые в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Они излучают свет именно туда, где в данный момент находится ионный кубит.. Такой подход не только упрощает оптическую часть, но и открывает возможность производства квантовых процессоров на тех же полупроводниковых линиях, на которых изготавливаются обычные чипы. Это важный шаг на пути к массовому производству квантовых технологий.
Проект основан на разделении компетенций. QUDORA координирует работу и отвечает за то, как фотоника будет включена в архитектуру квантового компьютера с ионной ловушкой. Компания разрабатывает собственную технологию NFQC, ориентированную на высокую когерентность кубитов и точный контроль. Fraunhofer IAF берет на себя материалы и создает высококачественные тонкие пленки из нитрида алюминия, на которых строятся фотонные элементы. AMO GmbH использует свой опыт в области нанообработки и литографии, чтобы воплотить все это в кристалле в виде реальных устройств. В результате в Германии налаживается цепочка поставок ключевых компонентов для квантовых компьютеров. Это обеспечивает технологическую независимость и снижает риски внешних ограничений.
Название SmaraQ было выбрано не случайно. Это относится к колибри, которая видит ультрафиолетовый свет и отличается точными движениями.. Таким образом авторы проекта подчеркивают идею миниатюризации и высокой точности оптического управления чипом. Это именно то, чего не хватает современным ионным квантовым системам.
Проект имеет период реализации с 2025 по 2028 год и финансируется Федеральным министерством науки, технологий и космоса Германии в рамках Программы развития квантовых технологий. Это часть более широких усилий Германии и Европы по укреплению позиций в области квантовых вычислений, сохраняя при этом производство и критические компоненты в регионе.
Наиболее уязвимой частью ионных квантовых компьютеров является оптический доступ к кубитам по мере роста их числа. SmaraQ просто закрывает эту проблему за счет встроенной оптики. Если проект окажется успешным, Германия получит рабочий прототип для промышленного производства квантовых процессоров. Это приблизит переход от лабораторных установок к системам, которые можно разместить в центрах обработки данных и внедрить в реальные сервисы.
