Fujitsu показа първия диамантен квантов компютър

На 8 септември Fujitsu обяви, че е сглобила първия работещ прототип на квантов компютър, чиито кубити живеят в диамант. Чипът вгражда така наречените центрове калай–ваканция (SnV) във фотонна интегрална схема, а машината вече се управлява през Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform. Разработката стъпва на съвместно изследване с Техническия университет в Делфт и института QuTech, започнало през 2020 г. — вижте официалното съобщение на Fujitsu.

Едно уточнение веднага, защото в заглавията се появи объркване: този компютър не работи при стайна температура. Работната му точка е -271,6 °C, тоест около 1,55 келвина. Това е топло само в сравнение със свръхпроводящите машини, които искат около 15 миликелвина (-273,13 °C). Разликата обаче е около сто пъти по-висока температура — и точно там е практическата полза.

Защо точно диамант

Кубитът тук е дефект в кристалната решетка — калаен атом стои между две празни места, останали от липсващи въглеродни атоми. Такива „цветни центрове” се държат като изкуствени атоми: имат спин, който можете да управлявате с лазер и микровълни, и излъчват фотони.

Досега най-популярни бяха азотно-ваканционните (NV) центрове. SnV центровете имат инверсионна симетрия, което ги прави чувствително по-безразлични към шума от електрични полета, и светят около 10 пъти по-ярко от NV. Яркостта не е козметика — от нея зависи колко бързо два отдалечени кубита могат да се заплетат чрез фотон.

Другото предимство е дълготрайността. По данни, обобщени от Quantum Computing Report, ядрените спинове на въглерод-13 в решетката пазят кохерентност над минута, а електронните спинове — над секунда. За квантова памет това са цяла вечност спрямо микросекундите при свръхпроводящите кубити.

Трудната част е производството

Диамантът е отличен домакин за кубити и ужасен материал за микроелектроника. За да стане чип, Fujitsu е изтънила диамантена подложка от стотици микрометри до стотици нанометри и я е свързала с носеща структура от алуминиев оксид и силициев диоксид. Изтънената диамантена мембрана се свързва оптично с вълноводи от алуминиев оксид, избран заради ниските загуби във видимия спектър — там, където излъчват SnV центровете.

Управлението е софтуерно дефинирано и минава през FPGA в реално време, с разделени глобален и локален процесор, така че по-късно един контролер да дирижира няколко модула.

Модулността е целта, не броят кубити

Fujitsu не съобщава колко физически кубита има прототипът, и това е показателно — рекордът тук не е в броя. Смисълът е, че оптичната връзка позволява заплитане между кубити на различни чипове и дори в различни криостати. Вместо един огромен процесор, който трябва да се произведе безупречно, получавате мрежа от малки модули.

По-ранни резултати от същото сътрудничество показват двукубитови операции с вероятност за грешка под 0,1%. Следващата стъпка по пътната карта е прототип с няколко свързани модула до 2027 г., след което Fujitsu цели система с 250 логически кубита до фискалната 2030 г. и с 1000 логически кубита до 2035 г.

Снимка: Fujitsu

Логически кубит означава много физически кубита, обединени в един устойчив на грешки. Именно тук диамантът може да спести: колкото по-стабилен е физическият кубит, толкова по-малко от тях трябват за един логически.

Какво казват участниците

Vivek Mahajan, технически директор на Fujitsu, подчертава, че подходът с диамантени спинове има потенциал да се комбинира със свръхпроводящи машини, вместо да ги замества. От страна на науката тонът е по-предпазлив: д-р Кес Ейкел, генерален директор на QuTech, нарича прототипа „важен етап”, но добавя, че доказването на мащабируемостта остава дълъг и труден път.

Разумно е да приемете и двете. Прототипът е реално постижение в материалознанието и фотониката, а не готов продукт — до момента, в който диамантена машина ще решава задачи, недостъпни за класическите суперкомпютри, има години работа.

Защо ви касае

Практическият ефект от 1,55 келвина е по-прост криостат, по-малко енергия и по-голям шанс такава машина да се вкара в нормален център за данни, а не в специализирана лаборатория. Според ITdaily точно достъпът през хибридна облачна платформа е другата половина от новината — потребителят пише квантови схеми, а платформата ги превежда до управляващи сигнали.

Индустрията търси алтернативи на класическото мащабиране в няколко посоки едновременно — от фероелектричната памет на Kepler срещу HBM до първите 2-нанометрови чипове за телефони. Диамантените спинове са дългосрочният залог в същата логика: не по-бърз транзистор, а друга физика.

Заключение

Новината е конкретна и ограничена: работещ прототип, температура 1,55 K, оптична модулност, платформа за достъп. Не е квантов компютър на бюрото ви и не е стайна температура. Ако пътната карта се спази, интересното ще започне около 2027 г., когато няколко модула трябва да проговорят помежду си — това ще покаже дали диамантеният подход наистина мащабира. Първоначалният сигнал за темата на български е от HiComm.