Квантовые компьютеры работают на основе кубитов — особых вычислительных единиц, которые подчиняются законам квантовой механики, а не традиционной бинарной системе нулей и единиц. Они обещают невероятную скорость вычислений для определённых задач, но их работа крайне чувствительна к внешним воздействиям. Даже минимальное тепло или электромагнитные помехи могут нарушить их хрупкое квантовое состояние.
Чтобы квантовые системы функционировали стабильно, их охлаждают почти до абсолютного нуля. Для этого используются сложные и дорогостоящие охлаждающие установки — так называемые разбавительные холодильники, стоимость которых исчисляется миллионами долларов.
Однако учёные из Австрийского института науки и технологий (ISTA) нашли способ значительно снизить эти расходы, устранив один из ключевых источников тепла.
Оптоволокно вместо проводов
Дело в том, что в квантовых компьютерах электрические сигналы передаются по проводам, что приводит к нагреву из-за электрического сопротивления. При огромном количестве сигналов тепло накапливается, вынуждая использовать более мощные и дорогие системы охлаждения.
Исследователи предложили заменить электрические соединения на оптоволоконные кабели, передающие сигналы с помощью света. В отличие от традиционной проводки, они практически не выделяют тепло, а также обеспечивают более высокую пропускную способность и снижают уровень электромагнитных помех.
Есть, однако, одна сложность: кубиты не могут напрямую работать с оптическими сигналами. Для решения этой проблемы команда ISTA разработала специальный электро-оптический преобразователь, который трансформирует оптические сигналы в микроволны, понятные кубитам, и обратно.
Как отметил Георг Арнольд, один из ведущих авторов исследования, опубликованного в Nature Physics, новый подход может не только увеличить число работающих кубитов, но и заложить основу для объединения квантовых компьютеров в сеть с использованием оптоволоконных каналов передачи данных при комнатной температуре. Кроме того, такая технология позволит избавиться от множества ограничений, накладываемых традиционной электроникой.
Хотя разработка находится на ранней стадии и требует дальнейшего совершенствования, это важный шаг к созданию квантовых систем, которым не нужно сверхнизкое охлаждение каждого компонента. В будущем это может сделать квантовые компьютеры более доступными и практичными для масштабного использования.
Несмотря на то что полноценные крупномасштабные квантовые системы всё ещё остаются делом будущего, подобные открытия приближают нас к их реализации.
