Пошуки потужніших квантових комп’ютерів можуть залежати від технології, відкинутої десятиліття тому: надпровідних ланцюгів. У той час як 1980-і роки ознаменувалися початковим ажіотажем навколо цих ультраефективних компонентів, вони зрештою поступилися місцем традиційним чіпам, що виділяють тепло. Тепер нове покоління дослідників повертається до цього підходу, з потенціалом радикально покращити масштабованість та ефективність квантових обчислень.
Забута Обіцянка Надпровідності
У 1980 році IBM інвестувала значні кошти у надпровідні технології, передбачаючи комп’ютери, які зведуть до мінімуму втрати енергії та максимізують продуктивність. Scientific American навіть помістив надпровідний ланцюг на свою обкладинку, сигналізуючи про потенціал технології, що відчувається. Однак необхідність підтримувати екстремально низькі температури виявилася надто дорогою та непрактичною, що призвело до відмови IBM від цієї витівки до 1983 року. Незважаючи на цю невдачу, принципи, що лежать в основі, залишалися актуальними.
SEEQC: Відродження Надпровідності на Передовій
Одна компанія, SEEQC, активно відроджує цей підхід. Їхнє підприємство в штаті Нью-Йорк продовжує дослідження, розпочаті в закритій надпровідній обчислювальній програмі IBM. Фірма прагне використовувати надпровідні чіпи для подолання поточних обмежень у дизайні квантових комп’ютерів. Їх виробничий процес включає ретельне нанесення надтонких шарів ніобію на діелектричні матеріали, створюючи тендітні структури, необхідні для квантових операцій.
Основна Проблема: Енергоефективність у Квантових Обчисленнях
Традиційні комп’ютери втрачають енергію у вигляді тепла, стаючи неефективними у масштабі. Комп’ютерний вчений Майкл Франк зазначив, що типовий комп’ютер є дорогим обігрівачем з невеликим обчислювальним побічним ефектом. Надпровідні компоненти, однак, передають електрику з ідеальною ефективністю, усуваючи ці втрати. Проблема полягає в підтримці екстремального холоду, необхідного для надпровідності – всього на кілька градусів вище за абсолютного нуля.
Другий Шанс для Квантових Обчислень з Надпровідниками
Надпровідники знову з’явилися наприкінці 1990-х років із створенням першого надпровідного кубіту. Це ознаменувало перехід від відтворення традиційних обчислень до дослідження нових обчислювальних парадигм. Сьогодні Google та IBM використовують надпровідні кубити у своїх найпотужніших квантових комп’ютерах, демонструючи потенційні прориви у вирішенні наукових завдань.
Вузьке Місце: Масштабування Квантових Систем
Незважаючи на ці успіхи квантові комп’ютери залишаються обмеженими практичними інженерними труднощами. Додавання більшої кількості кубитів – фундаментальних будівельних блоків квантових обчислень – потребує експоненційного збільшення механізмів керування та кабелів. Надмірна фізична складність створює тепло, погіршує продуктивність кубітів і зрештою обмежує масштабованість.
Рішення SEEQC: Інтегровані Надпровідні Керуючі Чіпи
Інновація SEEQC вирішує цю проблему. Вони розробили чіп, що інтегрує надпровідні кубити з надпровідним керуючим ланцюгом. Цей дизайн усуває потребу в громіздких, енергоємних компонентах кімнатної температури, які домінують в архітектурі квантових комп’ютерів.
Ключові переваги включають:
- Зниження тепловиділення: Підтримуючи всі компоненти в одному кріогенному середовищі, система мінімізує зовнішні теплові перешкоди.
- ** Енергоефективність: ** Надпровідний керуючий чіп працює зі споживанням енергії, в кілька разів меншим, ніж у традиційних альтернатив, потенційно покращуючи енергоефективність у мільярд разів.
- Спрощена Архітектура: Інтегрований дизайн зменшує складність кабелів та затримки сигналів, покращуючи контроль кубитів та корекцію помилок.
Попереду Дорога
SEEQC в даний час тестує свої чіпи з різними конструкціями кубитів, показуючи перспективні ранні результати. Однак масштабування машин на мільйон кубитів, задуманих дослідниками, такими як Девід Дівінченцо, залишається серйозною проблемою. Фірма також вирішує фундаментальні фізичні проблеми, такі як запобігання порушенню продуктивності кубитів квантовими вихорами.
Зрештою, відродження надпровідної технології 1980-х років може перевизначити майбутнє квантових обчислень. Оптимізуючи архітектуру та максимізуючи ефективність, підхід SEEQC пропонує шлях до більш потужних, масштабованих та стійких квантових систем.
