Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 922

Кто делает кубиты сверхпроводящими?

Кто делает кубиты сверхпроводящими?
Сверхпроводящие кубиты, квантовый компьютер и другие тайны серого коридора учебно-лабораторного комплекса МГТУ имени Баумана 

Мы живем в удивительное время, когда ни одна из научных сфер не обходится без участия женщин. Они проектируют летательные аппараты, создают медицинские препараты и открывают космические объекты. А еще участвуют в создании квантового компьютера и делают все, чтобы отечественная наука вырвалась вперед в мировой гонке.

Чтобы узнать о технологических разработках российских женщин-ученых мы приехали в совместный научно-образовательный центр «Функциональные Микро/Наносистемы» МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» (НОЦ ФМН). Комплекс состоит из чистых комнат – это помещения с технологическим и метрологическим оборудованием с разным классом чистоты – от ISO5 до ISO7.

Анастасия Пищимова, научный сотрудникНОЦ ФМН

Анастасия Пищимова

научный сотрудник

НОЦ ФМН

 

В каждой комнате ведутся исследования – сотрудники развивают одну из сфер отечественной науки: нанофотоника и оптика, бионанотехнологии, альтернативная энергетика и квантовые вычисления. 

В последней области работают Анастасия Пищимова – научный сотрудник НОЦ ФМН, и Елизавета Малеванная – младший научный сотрудник НОЦ ФМН. 

Елизавета Малеванная, младший научныйсотрудник НОЦ ФМН

Елизавета Малеванная, 

младший научный

сотрудник НОЦ ФМН

 

Они участвуют в создании первого в мире функционального универсального квантового компьютера. Он будет работать на основе сверхпроводниковых кубитов (кубит или «квантовый бит» – минимальная единица хранения информации в квантовом компьютере).

Чистая комната будущего 

В сером коридоре учебно-лабораторного комплекса МГТУ имени Баумана есть множество дверей. Одна из них – это портал в технологичное будущее – центр, где наши героини создают сверхпроводящие кубиты. Они станут основой для будущего квантового компьютера. Попасть в эти чистые комнаты не так просто. Для этого нам пришлось облачиться в защитные костюмы, маски и оставить все свои вещи за пределами помещений. Чистые комнаты – привычное место работы для Анастасии и Елизаветы. 

«Здесь мы проводим от нескольких часов до целого дня. Когда горят сроки и нужно изготовить образец, то ты можешь зайти с утра и выйти вечером. Процессы не ждут», – говорит Анастасия, – тяжело не столько в костюме, сколько в маске. Сейчас, конечно, все знают, каково это – ходить в маске. Пару часов в ней – некомфортно, хочется выйти попить кофе или воды. Но ко всему привыкаешь», – говорит Анастасия. 

Чистые комнаты – это помещения с технологическим и метрологическим оборудованием с разным классом чистоты – от ISO5 до ISO7

Чистые комнаты – это помещения с технологическим и метрологическим оборудованием с разным классом чистоты – от ISO5 до ISO7

 

В чистых комнатах все строго – фильтрация воздуха, особая температура и влажность. И никаких загрязнений. 

«Никаких причесок, никакого макияжа. Про тушь для ресниц мы вообще забыли, потому что любые частички косметики могут стать дефектом, который нарушит работу чипа», – добавляет Анастасия. 

Про квантовый компьютер 

Сейчас ведущие технологические страны мира участвуют в гонке по созданию квантового компьютера. Тот, кто выиграет это состязание – получит колоссальное преимущество, поскольку вычислитель такой невероятной мощности перевернет практически все аспекты жизни обычных людей: от создания новых лекарств и медицинского оборудования до энергетики. Летающие машины, корабли и другие невероятные механизмы могут стать реальностью, а не кадрами режиссерского кино. Но этому предшествует долгая кропотливая работа и интересные научные и технические открытия. Одно из них – технологии изготовления квантовых битов информации (кубитов). 

Чип квантового процессора проходит сложный путь: от входной очистки кремниевой заготовки (пластины диаметром 100мм) до изготовления микроволновых резонаторов, джозефсоновских переходов, других элементов схемы и их измерений при температуре, близкой к абсолютному нулю по Кельвину (в космосе теплее!). 

Джозефсоновский переход – это база для создания квантового компьютера. Если представить весь чип квантового процессора размером с Россию, то джозефсоновский переход на нем – это Москва-река. В НОЦ ФМН исследованием и разработкой джозефсоновских переходов занимается Пищимова Анастасия. Результаты ее группы по отдельным параметрам превосходят лучшие мировые аналоги. 

«Джозефсоновский переход – это важнейший нелинейный элемент сверхпроводниковых кубитов, благодаря которому в сверхпроводниковых квантовых компьютерах в принципе возможно создание вычислительных ячеек. В обычных компьютерах все операции реализуются на битах, когда у нас есть ноль и единица. Сверхпроводниковые кубиты – именно благодаря джозефсоновскому переходу – могут управляемо находиться в состоянии суперпозиции: быть и нолем, и единицей одновременно. При увеличении количества кубитов эффективность вычислений растет экспоненциально», – объясняет Анастасия.  

Чтобы сверхпроводниковые кубиты могли работать как задумано, необходимо собрать измерительную схему, охладить и запустить измерительные алгоритмы. Это огромный пласт работы, не менее важный, чем собственно изготовление элементной базы. Активный участник этого процесса – Елизавета Малеванная

«Охлаждение кубитов происходит в специальном холодильнике – криостате растворения. Он позволяет достичь температуры, близкой к абсолютному нулю – ниже 0,01 градуса от абсолютного нуля (-273,16ºС). В таких условиях металл чипа квантового процессора, в нашем случае алюминий, переходит в состояние сверхпроводимости, когда ток течет без сопротивления. При таком глубоком охлаждении тепловые шумы пропадают и квантовые устройства начинают работать должным образом. Помимо этого, «начинка» криостата позволяет защитить чипы от электромагнитного излучения и других внешних воздействий, которые сокращают время жизни кубитов», – рассказывает Елизавета.  

Женское это дело

«Наш центр – это пример того, что технические профессии сегодня доступны каждому, главное, чтобы человек осознавал и любил то, чем он занимается,  отмечает Елизавета, – Участие в сложнейшем квантовом проекте мотивирует меня изучать научные статьи, вести расчеты и моделирование, облачаться в костюм и проводить эксперименты в нашей Чистой». 

Елизавета Малеванная, младший научный сотрудник НОЦ ФМН

Елизавета Малеванная, младший научный сотрудник НОЦ ФМН

 

По прогнозам ученых, на создание прототипа квантового компьютера может уйти от 10 до 20 лет. Мировая квантовая гонка продолжается с 1990-х годов, когда впервые были предложены практически полезные квантовые алгоритмы и реализованы первые кубиты. Российские исследования в этой сфере в надежных женских руках, и они начинаются за одной из дверей серого коридора бауманского университета. 

квантовый компьютер мгту им баумана нанотехнологии сверхпроводящие кубиты

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.