MIT встроил выпрямитель прямо в чип. Без шума — в прямом смысле
NewsMakerДо сих пор мы искали тёмную материю вслепую — теперь MIT дал нам зрение.
Научный прорыв, достигнутый в Массачусетском технологическом институте (MIT), может значительно изменить облик квантовых вычислений и поиска тёмной материи. Ученые разработали новый тип выпрямителя на основе сверхпроводящего диода (SD), способный преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC) прямо на одном кристалле. Это решение особенно важно для квантовых и сверхпроводящих компьютеров, где тепловой шум и электромагнитные наводки от проводов мешают стабильной работе системы.
Современные вычисления в основном опираются на кремниевые полупроводники. Они умеют обрабатывать огромные объёмы данных, но делают это с большой потерей энергии: большая часть превращается в тепло. Это становится серьёзной проблемой в условиях роста технологий, особенно искусственного интеллекта, который требует всё больше вычислительных мощностей. Альтернативой становятся сверхпроводящие электронные компоненты, способные работать с гораздо меньшими затратами энергии. Однако они требуют как сверхнизких, так и обычных температур, что создаёт сложности в соединении между ними.
Проблема заключается в том, что питание квантовых вычислительных элементов должно быть не просто стабильным, но и максимально «чистым» — без теплового и электромагнитного загрязнения. Сейчас для подачи энергии приходится использовать множество проводов, и именно они становятся источником лишнего шума. Решение, предложенное в MIT, — встроенный в чип сверхпроводниковый выпрямитель, который устраняет необходимость в обилии проводки и повышает стабильность всей системы.
В своей работе специалисты пошли дальше прежних разработок, где использовались только одиночные диоды. Теперь же им удалось собрать целый выпрямительный мост на четырёх SD и добиться преобразования тока при криогенных температурах. Это значительно снижает уровень помех в системах, чувствительных к малейшим возмущениям, и обеспечивает стабильность кубитов — основных элементов квантовых вычислений.
Особую ценность разработка представляет для научных программ, работающих в экстремальных условиях. Квантовые схемы используются не только в вычислительной технике, но и в фундаментальных экспериментах по поиску тёмной материи — например, в ЦЕРН и проекте LUX-ZEPLIN, где каждый элемент чувствителен к мельчайшим возмущениям. Новая технология позволит снизить шум в таких установках, повысив точность измерений.
Помимо основного назначения, сверхпроводящие диоды могут работать как изоляторы или циркуляторы, защищая кубиты от внешних воздействий. Это критически важно для масштабирования квантовых систем и создания коммерчески пригодных решений. Разработка MIT делает ещё один шаг в сторону практического использования сверхпроводимости в вычислениях и физике элементарных частиц.
Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics. По словам авторов, их работа открывает путь к созданию более энергоэффективных и масштабируемых квантовых компьютеров уже в ближайшие годы.
Научный прорыв, достигнутый в Массачусетском технологическом институте (MIT), может значительно изменить облик квантовых вычислений и поиска тёмной материи. Ученые разработали новый тип выпрямителя на основе сверхпроводящего диода (SD), способный преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC) прямо на одном кристалле. Это решение особенно важно для квантовых и сверхпроводящих компьютеров, где тепловой шум и электромагнитные наводки от проводов мешают стабильной работе системы.
Современные вычисления в основном опираются на кремниевые полупроводники. Они умеют обрабатывать огромные объёмы данных, но делают это с большой потерей энергии: большая часть превращается в тепло. Это становится серьёзной проблемой в условиях роста технологий, особенно искусственного интеллекта, который требует всё больше вычислительных мощностей. Альтернативой становятся сверхпроводящие электронные компоненты, способные работать с гораздо меньшими затратами энергии. Однако они требуют как сверхнизких, так и обычных температур, что создаёт сложности в соединении между ними.
Проблема заключается в том, что питание квантовых вычислительных элементов должно быть не просто стабильным, но и максимально «чистым» — без теплового и электромагнитного загрязнения. Сейчас для подачи энергии приходится использовать множество проводов, и именно они становятся источником лишнего шума. Решение, предложенное в MIT, — встроенный в чип сверхпроводниковый выпрямитель, который устраняет необходимость в обилии проводки и повышает стабильность всей системы.
В своей работе специалисты пошли дальше прежних разработок, где использовались только одиночные диоды. Теперь же им удалось собрать целый выпрямительный мост на четырёх SD и добиться преобразования тока при криогенных температурах. Это значительно снижает уровень помех в системах, чувствительных к малейшим возмущениям, и обеспечивает стабильность кубитов — основных элементов квантовых вычислений.
Особую ценность разработка представляет для научных программ, работающих в экстремальных условиях. Квантовые схемы используются не только в вычислительной технике, но и в фундаментальных экспериментах по поиску тёмной материи — например, в ЦЕРН и проекте LUX-ZEPLIN, где каждый элемент чувствителен к мельчайшим возмущениям. Новая технология позволит снизить шум в таких установках, повысив точность измерений.
Помимо основного назначения, сверхпроводящие диоды могут работать как изоляторы или циркуляторы, защищая кубиты от внешних воздействий. Это критически важно для масштабирования квантовых систем и создания коммерчески пригодных решений. Разработка MIT делает ещё один шаг в сторону практического использования сверхпроводимости в вычислениях и физике элементарных частиц.
Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics. По словам авторов, их работа открывает путь к созданию более энергоэффективных и масштабируемых квантовых компьютеров уже в ближайшие годы.