В России будут производить квантовые процессоры для суперкомпьютеров
Сегодня создание полноценного универсального квантового компьютера — одна из главных научных задач. Это все равно что найти лекарство от всех болезней, ведь подобные технологии помогут справиться с целым пластом «нерешаемых» задач в медицине, химической промышленности и нефтегазовой отрасли, логистике. Все дело в том, что квантовые компьютеры очень быстрые, их возможности запредельны по сравнению с существующими машинами.
Новые типы вычислителей, основанные на принципах квантовой механики, позволят значительно повысить производительность суперкомпьютеров
Фото: © Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Сегодня использование квантовых машин — прерогатива больших высокотехнологичных компаний, но, учитывая, как быстро растут потребности человечества в производительности компьютерных процессоров, не исключено, что в будущем они станут необходимы повсеместно.
Хотя изначально для создания квантовых компьютеров рассматривались разные технологии, сейчас вперед вырвались процессоры на базе сверхпроводников. Чтобы запустить серийное производство таких устройств, российские ученые разработали собственную технологию наноразмерных элементов сверхпроводниковых устройств — джозефсоновских переходов.
При охлаждении процессора до температуры ниже −273 °C чип переходит в состояние сверхпроводимости, и в нем возникает кубит. Кубит — это базовый элемент квантовых схем, наименьшая единица информации в квантовом компьютере. В обычных компьютерах данные хранятся в битах — нулях или единицах, а кубит может одновременно содержать и ноль, и единицу. Именно этот принцип позволяет делать высокоскоростные вычисления, в миллионы раз превосходящие возможности обычных компьютеров.
Уникальные квантовые технологии станут доступными для российского бигтеха, технологических компаний, стартапов и университетов
Фото: © Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Впрочем, это лишь теория. Пока квантовые компьютеры не справляются со сложными задачами, потому что вычисления не дают абсолютно точного решения. Чтобы получить полноценный экземпляр, ученые работают сразу в нескольких направлениях. Во-первых, в теоретической области квантовых алгоритмов, то есть придумывают, как быстро извлекать из многомерного пространства вариантов необходимую информацию. Во-вторых, отрабатывают базовые технологии, в частности создание кубитов, что само по себе не просто. Наконец, в-третьих, пытаются построить действующий квантовый компьютер. По части мозгов в России все хорошо, а скачок в этой области замедлен именно из-за отсутствия необходимого оборудования.
С 2016 года технологии квантовых компьютеров разрабатывают эксперты МГТУ им. Баумана и ВНИИ автоматики им. Духова. Сделанные с тех пор наработки позволят начать серийный выпуск, который должен удовлетворить российские потребности в сверхпроводниковых интегральных схемах. В планах создание квантовых процессоров на уровне передовых западных аналогов. Производство развернется в новом исследовательском кластере площадью более 2 500 м².
Полученные результаты уже сегодня позволяют изготавливать квантовые интегральные схемы с точностью контроля частот кубитов на уровне лучших мировых бигтехов
Фото: © Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
«При отработке технологии особое внимание мы уделяли операциям электронно-лучевой литографии, осаждения и формирования туннельных барьеров, определяющим геометрию и „внешний вид“ будущего кубита. Установили влияние каждого фактора процессов — тока пучка электронов, шага экспонирования, углов осаждения, потоков газов и других — на структуру и площадь джозефсоновских переходов. Такой скрупулезный подход обеспечил результат», — отметил Дмитрий Москалев, ведущий инженер Научно-образовательного центра «Функциональные микро/наносистемы» — совместного технологического центра Бауманки и ВНИИА.
В прошлом году российские ученые из Нижегородского университета, МГУ и Российского квантового центра объявили о создании нового метода для управления кубитами. Он позволит решить проблему санкционных закупок электроники, предназначенной для работы в сверхвысокочастотном диапазоне и необходимой для проведения квантовых вычислений на сверхпроводниках.
