Микроэлектроника: Интегральная сверхпроводящая квантовая память - прототипы испытали в Бауманке

MForum.ru

Микроэлектроника: Интегральная сверхпроводящая квантовая память - прототипы испытали в Бауманке

04.03.2026, MForum.ru


Ученые кластера Квантум Парк МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» разработали устройство управляемой квантовой памяти с сохранением формы входного микроволнового импульса и доступом к нему по требованию. Как утверждают ученые, эффективность превышает 57%, что существенно превосходит ранее опубликованные мировые результаты (21% в США, 12% в Китае).

Для реализации доступа по требованию разработана новая архитектура кристалла квантовой памяти с управляемыми элементами связи – активного «ключа» – отличающаяся масштабируемостью и возможностью интеграции на чипе со сверхпроводниковыми кубитами для создания распределенных гибридных систем обработки информации с квантовыми сопроцессорами.

Разработанное устройство – важнейший компонент будущих квантовых сенсоров для сверхчувствительного детектирования малозаметных объектов и реализации перспективных методов квантовой коррекции ошибок.

Создание интегральной квантовой памяти для микроволновых фотонов, совместимой с архитектурой сверхпроводниковых кубитов, – стратегическая задача мирового уровня и одновременно сложнейший научный и инженерный вызов. Использование квантовой памяти облегчит реализацию продвинутых алгоритмов коррекции ошибок, создание распределенных квантовых систем путем повышения связности кубитов и разработку квантовых сенсоров нового поколения, способных регистрировать объекты с беспрецедентной точностью. До настоящего времени все существующие прототипы страдали от низкой эффективности, сложного управления и существенных потерь сигнала, вносимых самими управляющими элементами.

 

Управляемая квантовая память: всё дело в «ключе»

Работа устройства основана на принципе фотонного/спинового эха. Квантовая память представляет собой чип с системой высокодобротных резонаторов, в которых хранится микроволновый импульс заданной формы. Инновация устройства заключается в использовании уникального активного связующего элемента на базе джозефсоновского перехода. Он выполняет роль активного «ключа», который может быстро соединять память с внешним миром (входной линией) или полностью изолировать ее на этапе хранения импульса.

 

 Интегральный чип квантовой памяти, разработанной и изготовленной в НОЦ ФМН, фото - пресс-службы МГТУ

 

 

Интегральный чип квантовой памяти, разработанной и изготовленной в НОЦ ФМН, фото - пресс-службы МГТУ
 

 

Отклик устройства квантовой памяти с циклом хранения 1,51 мкс и характерным временем затухания эффективности 11,44 мкс

 

Принцип действия устройства:

Запись

этап записи основан на согласованном поглощении микроволнового импульса системой резонаторов. Благодаря точному подбору параметров системы, каждая частотная составляющая сверхслабого сигнала (с энергией на уровне одиночного фотона) направляется в соответствующий резонатор.

Хранение

активный «ключ» «закрывается», полностью изолируя квантовую память от внешней среды – необходимое условие для высокоэффективного хранения квантовой информации.

Считывание по требованию

по требованию пользователя отправляется пакет управляющих сигналов наносекундной длительности, «ключ» открывается. Спектральные компоненты, ранее распределенные по резонаторам, собираются воедино, формируя сдвинутую во времени копию входного сигнала.

«В нашем устройстве частоты входного импульса расходятся по системе резонаторов, словно ноты оркестра по своим партиям, и замирают в ожидании. Циклический характер памяти продиктован необходимостью поддерживать фазовые соотношения – информация удерживается внутри устройства до тех пор, пока по запросу пользователя не высвобождается точная, но задержанная во времени копия входного импульса. Мы фактически научились останавливать, хранить и отпускать микроволновые фотоны по команде», – сказал Алексей Матанин, младший научный сотрудник кластера Квантум Парк.

В ходе экспериментов квантовая память продемонстрировала цикл хранения 1,51 мкс, т.е. эффективную частоту памяти в 662 кГц – это лучшие показатели в мире.

 

 Визуализация работы чипа памяти, подготовка - пресс-служба МГТУ

 

«Созданная нами квантовая память демонстрирует рекордные параметры, что является серьёзным достижением в решении одной из самых сложных задач квантовой инженерии. Наше устройство может стать той самой “квантовой оперативкой”, которой не хватало для ускорения развития квантовых вычислений и сенсорики», – отметил Михаил Гордин, ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана.

 

В чем особенности разработанного решения

Ученые отмечают высокую точность операции хранения – на разработанном устройстве достигнут показатель 57,5%, что в несколько раз превосходит результаты мировых аналогов для решений на чипе (21% у Stanford University, 12% у Tsinghua University). Кроме того, конструкция требует минимального числа управляющих элементов: для работы необходима всего одна дополнительная линия управления, что упрощает интеграцию устройства и снижает уровень шума.

Очень важно, что на этапе хранения нет потерь. В отличие от других архитектур, активный «ключ» в выключенном состоянии не вносит дополнительных потерь в систему хранения, что снимает одно из главных ограничений

«Долгое время потери при передаче и хранении микроволновых фотонов были непреодолимым барьером. Впервые в мире мы смогли обойти фундаментальные ограничения, минимизировав влияние управляющих элементов на хранение квантовой информации. В результате получили устройство, теоретическая эффективность которого не ограничена и потенциально может достигать 100%. Это крайне важно, поскольку эффективность предложенных в мире архитектур квантовой памяти значительно ограничена даже в теории», – подчеркнул Илья Родионов, руководитель кластера Квантум Парк МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова».

Архитектура квантовой памяти совместной разработки МГТУ и ВНИИА конструктивно и технологически совместима со сверхпроводниковыми кубитами – ведущей платформой для квантовых вычислений, что открывает путь к интеграции памяти в реальные квантовые процессоры для квантовой коррекции ошибок.

DOI: 10.1103/m9qc-ppk3 | Physica l Review Letters

||

--

теги: микроэлектроника квантовая память научные исследования МГТУ ВНИИА квантовые компьютеры сверхпроводящие

--

© Алексей Бойко, MForum.ru


Публикации по теме:

12.03. UMC и HyperLight объединили усилия для массового производства чиплетов на основе TFLN

12.03. IBM и Lam Research объединяют усилия для разработки логики суб-1 нм

03.03. В Сибири изучают возможности создания элементов памяти на квантовых точках

11.01. Учёные МФТИ открыли путь к лазерам на алмазах

02.01. AQFP – сверхпроводящая логика, еще один вектор развития полупроводниковых технологий

Обсуждение (открыть в отдельном окне)

В форуме нет сообщений.

Новое сообщение:
Complete in 1 ms, lookup=0 ms, find=1 ms

Последние сообщения в форумах

Все форумы »



Поиск по сайту:


Колонка редактора

17.04. Билайн представил итоги развития в 2025 году в пейзаже «особого пути» российского телекома. Часть 1

16.04. Минцифры представило проект приказа с требованиями к БС O-RAN

16.04. МегаФон в Сахалинской области - связь улучшена рефармингом в Холмске, Корсакове, Горнозаводске и Соловьевке

16.04. МТС в Новосибирской области - связь улучшена в Ленинском районе

15.04. Билайн увеличил пропускную способность для российских видеосервисов

15.04. Rubetek расширяет производственные мощности в Орле

15.04. МТС в Забайкальском крае - покрытие LTE обеспечено базовой станцией в селе Конкино

15.04. Начало тренда - американский стартап Orbital намерен создать в космосе сеть ИИ-дата-центров

15.04. Amazon объявила о покупке Globalstar – чего можем ждать с учетом этой сделки

15.04. МегаФон в Красноярском крае - покрытие LTE расширено новыми базовыми станциями в Дивногорске и Усть-Мане

15.04. МТС в Томской области - зона покрытия LTE расширена новыми базовыми станциями в пригороде Томска

14.04. Разработчик офисного ПО «Мойофис» нарастил чистый убыток с 1.2 млрд до 4 млрд

14.04. Выход годных по техпроцессу 2нм у Samsung остается на уровне не выше 55%

14.04. Intel выпустила тонкий чиплет с транзисторами из нитрида галлия (GaN)

14.04. Микрон и Ангстрем объединят усилия в подготовке инженерных кадров

Все статьи >>


Новости

17.04. OnePlus Nord CE 6 Lite – Dimensity 7400, 7000 мАч, а AMOLED заменили на LCD

17.04. Oppo Reno16 Pro получит камеру 200 МП, перископ, Dimensity 9500s и батарея 7000+ мАч

16.04. Vivo T5 Pro – 9020 мАч, 90 Вт, IP69 и Snapdragon 7s Gen 4 от 29 999 рупий

16.04. Oppo F33 и F33 Pro – ребрендинг с AMOLED, 7000 мАч и IP69K

16.04. Poco C81 Pro получи 6.9" дислеей 120 Гц, АКБ 6000 мАч и Unisoc T7250

15.04. Motorola Razr 70 Ultra получит Snapdragon 8 Elite и батарею на 6% больше

15.04. Tecno Spark 50 4G – Helio G81, 7000 мАч и связь без сети за 1.5 км

15.04. T1 Phone от Trump Mobile – $499 за AMOLED 120 Гц и Snapdragon 7

14.04. Redmi A7 Pro 5G – HyperOS 3, Unisoc T8300 и 6300 мАч за 11 499 рупий

14.04. Oppo Pad Mini с 8.8-дюймовым OLED-экраном 144 Гц и Snapdragon 8 Gen 5 представят 21 апреля

14.04. Rollme G9 – умные часы с офлайн-картами, двухдиапазонным GNSS и весом 32 грамма

13.04. Realme Narzo 100 Lite 5G – 7000 мАч "Titan Battery", 144 Гц и Dimensity 6300 за 13 000 рупий

13.04. CMF Phone 3 Pro получит Snapdragon 7s Gen 4 и металлическую рамку

13.04. Анонс Huawei Pura 90 Pro ожидается 20 апреля

10.04. Realme C100 4G – в000 мАч, IP69K и Helio G92 Max за 292 доллара

10.04. AI+ Nova 2 и Nova 2 Ultra – два подхода к бюджетному сегменту в Индии

10.04. Oppo A6s Pro – OLED, 7000 мАч, 80 Вт и Dimensity 6300

09.04. Moto Pad 2026 – 2.5K-экран, 5G и четыре динамика за 250 долларов

09.04. Motorola Moto G Stylus (2026) – стилус с наклоном, защита IP69 и AMOLED за 500 долларов

08.04. Oppo A6k с АКБ 7000 мАч, экраном 120 Гц и Dimensity 6300 оценен 290 долларов