Университеттер менен өнөр жайдын кызматташуусу кванттык машиналарды масштабдоону тездетип жатат. Кубиттерди эсептөө системаларына практикалык түрдө интеграциялай турган кванттык башкаруу чипин Австралиядагы окумуштуулар иштеп чыгышты.
Кванттык компьютерлерди реалдуу колдонууга жакындаткан чоң секирик жасалды — милли-кельвин шартта иштей турган жаңы чип спин-кубиттерди так башкарууга мүмкүндүк берди. Абсолюттук нөлгө жакын температурада спин-кубиттерди башкаруу — квант компьютерлер үчүн оюн эрежесин өзгөрткөн жетишкендик.
Бул илимий жаңылык тууралуу Сидней университетинин (University of Sydney) веб-сайтында жарыяланды.
Иш жүзүндө пайдалуу, масштабдуу квант компьютерлерин өнүктүрүүдө негизги көйгөйлөрдүн бири – квант маалыматты туруктуу жана жеткиликтүү абалда сактап туруучу технологияны иштеп чыгуу.
25-июнда Nature журналына чыккан илимий изилдөө бир чиптеги квант транзисторлорунун (кубит деп аталат) санын учурдагы 100дөн миллиондогон бирдикке чейин жеткирүү жолун көрсөтөт.
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09157-x
Бул жетишкендик Сидней университетинде жасалган, абсолюттук нөлгө жакын температурада иштей турган жаңы криогендик башкаруу электроникасынын аркасында мүмкүн болду.
Башкы изилдөөчү, Сидней университетинин Нано институтунун (University of Sydney Nano Institute) жана Физика мектебинин (School of Physics) профессору Дэвид Рейли (Professor David Reilly) мындай дейт:
“Бул технология квант компьютерлерин кызыктуу лабораториялык жабдуудан реалдуу дүйнөдөгү көйгөйлөрдү чече ала турган деңгээлге көтөрөт.”
Бул илимий изилдөө иши – Сидней университети менен Жаңы Түштүк Уэльс университетинин (University of New South Wales) Emergence Quantum жана Diraq аттуу квант технологияларына адистешкен стартаптарынын кызматташтыгынын натыйжасы. Профессор Рейли негиздеген Emergence Quantum компаниясы быйыл түзүлүп, ушул изилөөдө көрсөтүлгөн чип сыяктуу башкаруу технологияларын коммерциялаштырууну көздөйт.
Изилдөөдө алар милли-кельвин температурада – бул абсолюттук нөлдөн (-273.15°C) бир аз жогору – спин-кубиттерди башкарган кремний чипти иштеп чыгышкан.
Кубиттерди башкаруунун дүйнөдөгү алгачкы интегралдык системасы
Кубиттердин арасында эң келечектүү деп эсептелген спин-кубиттер маалыматты электрондун магниттик багытына шифрлейт жана аларды масштабдаштыруу салыштырмалуу оңой – анткени алар кадимки CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor – кошумча металл-оксид жарым өткөргүчү) технологиясы менен жасалат. Бул технология миллиондогон транзисторлорду чыгаруучу азыркы классикалык эсептөө техникасынын негизи.
Бирок, спин-кубиттер маалыматты сактоо үчүн 1 Кельвинден төмөн температурада кармалышы керек. Ал эми масштабдаштыруу үчүн аларды татаал интегралдык электроника аркылуу башкаруу зарыл. Мындай учурда башкаруу тутумунун жылуулук жана электрдик тоскоолдугу кубиттердин ишин бузушу мүмкүн деген кооптонуу болгон.
Профессор Рейлинин командасы алгачкы жолу тийиштүү инженердик долбоорлоо менен бул көйгөй чечиле турганын далилдеди. Бул CMOS технологиясында миллиондогон кубиттерди түзүп, пайдалуу квант машина курууга болгон ишенимди арттырат.
“Биз эми масштабдуу башкаруу платформасын түзүп, кубиттерге зыян келтирбестен интеграциялай алдык. Бул эң назик квант абалдарга минималдуу таасир этип, чип ичиндеги транзисторлордун ишин байкабайт десек болот,” — деди профессор Рейли.
Илим гана эмес, коммерция үчүн да чоң кадам
Кубиттер Diraq компаниясы тарабынан берилген, ал Жаңы Түштүк Уэльс университетинин профессору Эндрю Дзурак (Andrew Dzurak) тарабынан негизделген. Ал эми Сидней университети иштеп чыккан башкаруу чипинин технологиясы эми Emergence Quantum компаниясынын негизги багытына айланат.
Профессор Рейли мындай дейт:
“Бул жакшы илимий жетишкендик гана эмес, мыкты коммерциялык мүмкүнчүлүк. Сидней — глобалдык квант индустриясынын маанилүү борборлорунун бири экенин дагы бир ирет далилдеди.”
Илимий эмгектин башкы автору, доктор Сэм Барти (Sam Bartee) буга чейин профессор Рейлидин командасында аспирант болуп иштеп, азыр Diraq компаниясында эмгектенет.
“Мындай өнүккөн технологияны түзүүдө, квант эсептөө борборунда болуу абдан шыктандырат,” — дейт Барти.
Башкаруу чипинин башкы инженери — доктор Кушал Дас (Kushal Das) азыр Сидней университетинде жана Emergence Quantum компаниясында биргелешкен кызматта иштейт:
“Биз бир жана эки кубиттик эшиктерди милли-кельвинде башкаруу алардын иштешин бузбай турганын көрсөттүк. Бирок бул оңой эмес — жымжырт (иштеп жатканда катуу үн чыкпаган) иштеген жана аз кубат талап кылган криогендик электрониканы долбоорлоо үчүн көп жылдык тажрыйба талап кылынат.”
Профессор Рейли:
“Бул чиптер кубиттерди масштабдаштырууда кандай роль ойной аларын көрсөткөнү менен, бул технология жакынкы келечекте сенсорлордон тарта маалымат борборлоруна чейин ар түрдүү колдонмолорду берет.”
Diraq компаниясынын жетекчиси профессор Эндрю Дзурак:
“Бул жетишкендик бизге силикон кубиттерди классикалык башкаруу электроникасы менен бириктирип, кубаттуулугу төмөн, жеткиликтүү квант компьютерлерин түзүүгө жол ачат.”
Илимий изилдөөдөгү техникалык маалыматтар
Доктор Барти жана анын авторлоштору cryo-CMOS чипи аркылуу башкарылган бир жана эки кубиттик операциялардын аткаруу өзгөчөлүктөрүн өлчөшкөн. Алар бул чиптин иштешин кадимки зым аркылуу туташкан, бөлмө температурасында иштеген башкаруу системасы менен салыштырышкан.
Алардын жыйынтыктары төмөнкүлөрдү көрсөттү:
- Бир кубиттик операцияларда ишенимдүүлүктүн дээрлик жоготуусу байкалган жок;
- Бир жана эки кубиттик операциялардын когеренттик убактысы азайган жок;
- Кубиттердин өз ара аракетинде электр тоскоолдуктарынын таасири байкалган жок, алар кадимкидей иштеди.
Аябай таң калычтуу жагдай — бул натыйжалар болгону 10 микроватт энергия менен ишке ашырылган. Анын көпчүлүк бөлүгү санариптик системаларга жумшалган. Ал эми аналогдук компоненттер бир мегагерцке болгону 20 нановатттай гана энергия сарптаган, бул болсо системаны миллиондогон кубитке чейин масштабдаштырууга мүмкүнчүлүк берет, ошол эле учурда энергия сарптоо анча көбөйбөйт.
Изилдөөнүн ишке ашышына бир катар уюмдар каржылык колдоо көрсөтүшкөн, алардын катарында:
Microsoft Corporation (Microsoft Corporation), Австралиянын Инженердик Квант Системалары боюнча Аскердик Кенже Изилдөө Борбору (ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems — ARC EQUS), АКШ Армиясы жана Аба күчтөрүнүн илимий кеңселери (US Army Research Office жана US Air Force Office of Scientific Research), Австралиянын Улуттук Фабрикация Түзүмдөрү (Australian National Fabrication Facility — ANFF) бар.
Ошондой эле, макалада авторлордун компаниялардагы үлүштөрү жана ролдору тууралуу маалыматтар ачык көрсөтүлгөн:
- Профессор Дэвид Рейли (David Reilly) — Emergence Quantum компаниясынын башкы директору жана жетекчиси;
- Кушал Дас (Kushal Das) жана Себастьян Паука (Sebastian Pauka) — Emergence Quantum компаниясында үлүшкө ээ;
- Профессор Эндрю Дзурак (Andrew Dzurak) — Diraq компаниясынын башчысы жана директору;
- Ал эми Сэм Барти (Sam Bartee), Уилл Гилберт (Will Gilbert), Туомо Тантту (Tuomo Tanttu), Чих Хван Янг (Chih Hwan Yang), Нард Дюмулин Стайк (Nard Dumoulin Stuyck), Ви Хан Лим (Wee Han Lim), Кристофер Эскотт (Christopher Escott), Фэй Хадсон (Fay Hudson) жана Арне Лаухт (Arne Laucht) — Diraq компаниясында үлүшкө ээ экендигин билдиришкен.
Жогорудагы маалыматтар изилдөөнүн ачыктыгын камсыздоо жана каржылык – коммерциялык кызыкчылыктардын таасирин ачык көрсөтүү максатында берилген.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Кубит (Qubit) — бул кванттык бит, башкача айтканда, кванттык компьютердеги маалыматты сактоочу жана иштетүүчү негизги бирдик. Ал кадимки компьютерлердеги биттен айырмаланып, бир эле учурда 0 да, 1 да боло алат — бул касиет суперпозиция деп аталат. Бул өзгөчөлүк кванттык компьютерлерге бир эле учурда бир нече абалды эсепке алып, татаал эсептөөлөрдү кадимки компьютерлерге караганда өтө тез жүргүзүүгө шарт түзөт. Мисалы: Кадимки компьютерде 2 бит болгондо, алар 4 гана абалдын бирөөсүн тандап иштей алат: 00, 01, 10, же 11. Ал эми кванттык компьютерде 2 кубит болсо, бул 4 абалды тең бир учурда кармап, ошол эле учурда алар менен параллелдүү эсептөөлөрдү жүргүзө алат. Бул кубиттин негизги артыкчылыгы болуп саналат жана кванттык технологиянын күчүн түшүндүрөт.
Криогендик башкаруу электроникасы — абдан төмөн температурада, тактап айтканда криогендик шартта (мисалы, милли-кельвин деңгээлде) иштей ала турган электрондук башкаруу түзмөктөрү.
Спин-кубиттер — электрондун спини (айлануу багыты) аркылуу квант маалыматты сактап жана өткөрүп бере турган кванттык биттер. Алар кадимки кремний технологиясы менен иштелип чыгып, квант компьютерлерди масштабдаштырууга ыңгайлуу болуп эсептелет.
Квант компьютер — классикалык биттердин ордуна кванттык биттерди (кбиттерди) колдонуп, маалыматты бир нече абалда бир эле учурда сактап, иштеп чыгууга мүмкүнчүлүк берген технология. Ал кайсы бир маселелерди, мисалы, чоң сандарды факторизациялоо, оптимизация же квант физикасын симуляциялоо сыяктуу тапшырмаларды кадимки компьютерлерге караганда бир топ ылдам аткара алат.
Квант транзисторлору — кадимки транзисторлор сыяктуу электрондук элементтер, бирок алар кванттык мыйзамдар боюнча иштешет. Алар кванттык биттерди (кубиттерди) түзүү жана башкаруу үчүн колдонулат. Муну менен квант компьютерлерге керектүү маалыматты сактоо жана иштетүү мүмкүнчүлүгү пайда болот.
Милли-кельвин температура — абдан төмөн, тактап айтканда 1 Кельвиндин миңден бир бөлүгү (0.001 Кельвин) деңгээлиндеги температура. Кельвин шкаласында абсолюттук нөл (-273.15°C) — эң төмөнкү мүмкүн болгон температура. Милли-кельвин — ошол нөлгө жакын, башкача айтканда дээрлик абсолюттук нөлгө барабар өтө суук температуранын өлчөмү. Мындай температураларда материалдардын жана кванттык системалардын өзгөчө мүнөздөмөлөрү байкалат, анткени молекулалар дээрлик кыймылдабай калат. Кванттык эксперименттерде жана квант компьютерлерди иштетүүдө ушундай төмөн температура керек болот.
CMOS технологиясы — Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (кошумча металл-оксид жарым өткөргүчү) деген англисче аталыштын кыскартылышы. Бул технология азыркы заманбап электрондук чиптерди, мисалы, микропроцессорлорду жана жад чиптерин жасоодо эң кеңири колдонулат. CMOS технологиясынын өзгөчөлүгү — ал энергияны аз сарптайт, иштеп жатканда чыккан үндү минималдаштырат жана транзисторлорду жогорку тыгыздыкта жайгаштырууга мүмкүндүк берет. Бул технология ар кандай санариптик жана аналогдук электроникада кеңири колдонулат. Бир сөз менен айтканда, CMOS технологиясы — азыркы компьютерлер жана башка электрондук түзүлүштөрдүн негизи болуп саналат.
Cryo-CMOS чиптери — абсолюттук нөлгө жакын, өтө төмөн температураларда иштей турган CMOS технологиясында жасалган электрондук чип. Мындай чиптер кванттык компьютерлердеги кубиттерди башкаруу үчүн маанилүү, анткени кванттык биттерди сактоо үчүн абдан төмөн температура талап кылынат. Кыскасы, cryo-CMOS — бул криогендик температурада иштей турган, энергияны аз сарптаган жана иштеп жатканда үнү билинер-билинбес чыккан электрондук башкаруу чиби.
Шилтемелер:
- Маалымат макала Сидней университетинин веб -сайтындагы https://www.sydney.edu.au/news-opinion/news/2025/06/26/control-of-spin-qubits-at-near-absolute-zero-a-game-changer-for-.html жаңылыктын негизинде жазылды.
- Илимий жаңылыкка негиз болгон изилдөө Nature журналында https://www.nature.com/articles/s41586-025-09157-x жарыяланган.
- Сүрөт unsplash.com сайтынан алынды, автору Steve Johnson.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
