Группа исследователей из Сиднейского университета, Сэнфордского университета и компании Microsoft добилась успеха в создании миниатюрного варианта одного из ключевых компонентов, используемых в технологиях квантовых вычислений. Помимо этого, данная работа является первым случаем практического применения экзотического состояния материи, которое называется топологическим изолятором. Топологические изоляторы были открыты только в 2006 году и за их открытие была присуждена Нобелевская премия по физике 2016 года.
В отличие от знакомых нам состояний материи, твердого тела, жидкости или газа, топологические изоляторы представляют собой материалы, основной объем которых действует как электрический изолятор, а электрическая проводимость сохраняется лишь на участках, прилегающих к поверхности. Манипуляции с такими материалами позволяют создать схемы, которые обеспечивают взаимодействие между квантовыми и традиционными (электронными) системами, что жизненно необходимо для построения квантовых компьютеров.
Созданный учеными компонент квантовых систем называется микроволновым циркулятором, он действует как своего рода участок кольцевой дороги, позволяя электрическим сигналам распространяться только в одном направлении, по часовой стрелке или обратно. Подобные устройства широко используются в базовых станциях мобильной связи, в радарных системах, однако, размеры таких устройств достаточно велики, они сопоставимы с размерами кисти руки человека.
Новый циркулятор, созданный учеными, имеет размер в тысячу раз меньше размеров его традиционных "собратьев". Такое сокращение размера стало возможным за счет свойства топологических изоляторов изменять скорость распространения проходящих через них электрических сигналов и электромагнитных волн, в том числе и света. Малые габариты циркулятора нового типа позволят интегрировать их на поверхность квантовых чипов в больших количествах, что необходимо для обеспечения работоспособности квантовых компьютеров.
"Наше достижение позволит частично решить проблему управления большим количеством кубитов квантового компьютера. Сейчас мы уже научились создавать чипы со сколь угодно большим количеством кубитов, но в нашем распоряжении еще не имеется подходящих технологий контроля и управления каждым кубитом в отдельности" - рассказывает профессор Дэвид Рэйли (Professor David Reilly), - "Поэтому проблема создания реального квантового компьютера заключается не только в создании миллионов кубитов, она потребует разработки ряда новых устройств, которые станут мостами, соединяющими область квантовой и традиционной физики".
