Учёные из международной группы под руководством Чунхуи Чжана (Chunhui Zhang) и Фэн Сю (Feng Xu) из Университета штата Аризона и Университета Джонса Хопкинса создали первый в мире логический квантовый процессор на основе кремния, способный выполнять универсальные логические операции. Их работа представляет собой важный этап на пути к устойчивым и масштабируемым квантовым вычислениям.

Кремний, известный как основной материал современной электроники, обладает рядом преимуществ для квантовых технологий: он совместим с существующими процессами и обеспечивает длительное время когерентности спиновых кубитов. До сих пор кремний не применялся для выполнения логических операций в рамках устойчивых квантовых вычислений (FTQC).

В эксперименте физики использовали пять ядерных спинов фосфора в кремниевом донорном кластере. Для кодирования информации применялся код [[4, 2, 2]]: он объединяет четыре физических кубита, чтобы формировать два логических, что экономит аппаратные ресурсы и делает вычисления более надёжными. Логические операции выполнялись через ядерный магнитный резонанс и электронный спиновой резонанс, что одновременно повышало точность и снижало перекрёстные помехи — одну из ключевых проблем квантовых систем.

Донорский кластер и логические элементы. Схема: Nature Nanotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41565-026-02140-1

Чтобы проверить работу процессора, команда применила варианционный квантовый алгоритм VQE для расчёта энергии основного состояния молекулы воды. В ходе эксперимента использовались три метода сглаживания ошибок: проверка паритета, симметричная верификация и метод Клиффорда (two-qubit Clifford logical gates). Результаты показали высокое соответствие теоретическим ожиданиям и подтвердили эффективность нового подхода.

Создание логического квантового процессора на кремнии стало большим шагом к масштабируемым квантовым системам. Физики и инженеры планируют улучшить расположение доноров, снизить перекрёстные помехи и увеличить число логических кубитов. В перспективе также разрабатываются архитектуры FTQC с массивами донорных кластеров, которые можно гибко адаптировать под разные задачи.

«Работа демонстрирует переход от экспериментов с физическими кубитами к устойчивому логическому кодированию, что открывает реальные возможности для квантовых вычислений на кремнии», — отмечают авторы исследования.

Подробнее на iXBT