Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) совместно с компанией Low Noise Factory AB разработали новый тип квантового усилителя, который потребляет в десять раз меньше энергии, чем современные аналоги, без потери производительности. Это достижение может стать ключевым шагом в создании крупномасштабных квантовых компьютеров, устойчивых к ошибкам.
Квантовые компьютеры используют кубиты, способные находиться в суперпозиции состояний, что позволяет им решать сложные задачи, недоступные классическим системам. Однако считывание состояния кубитов требует усиления крайне слабых микроволновых сигналов, что традиционно приводит к нагреву и помехам. При увеличении числа кубитов проблема энергопотребления и теплового шума становится критической.
Новый усилитель работает в импульсном режиме, активируясь только на время считывания кубита — примерно на сотни наносекунд. Это снижает энергопотребление на 86% и минимизирует воздействие на хрупкие квантовые состояния. Для достижения стабильности ученые применили генетический алгоритм, который оптимизировал форму импульса включения, сократив время выхода на полную мощность до 35 наносекунд.
«Это самый чувствительный усилитель на транзисторах с рекордно низким энергопотреблением. Наша разработка позволит точнее считывать кубиты в будущих системах», — отметил Инь Цзэн, ведущий автор исследования.
Технология может быть полезна не только для сверхпроводящих кубитов, но и для других платформ, таких как спиновые и фотонные кубиты. По словам профессора Яна Грана, снижение тепловой нагрузки от усилителей — один из главных факторов масштабирования квантовых компьютеров.
Исследование, опубликованное в IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, демонстрирует, как инновационные инженерные решения помогают преодолеть ключевые ограничения в развитии квантовых технологий.