3D-печать может упростить создание больших квантовых компьютеров

По мере того, как квантовые компьютеры становятся больше, они могут стать по-настоящему полезными — 3D-печать ключевого компонента некоторых квантовых компьютеров может упростить создание более крупных массивов кубитов, что сделает их более мощными.

Чтобы сделать некоторые квантовые компьютеры больше и, следовательно, мощнее, нам, возможно, придется печатать их на 3D-принтере.

В настоящее время не существует единого мнения о едином оптимальном дизайне квантовых компьютеров, но исследователи сходятся во мнении, что для того, чтобы квантовые компьютеры стали однозначно полезными, их необходимо увеличить. Ключевым строительным блоком для тех, которые используют ионы в качестве квантовых битов, или кубитов, является «ионная ловушка». Хартмут Хеффнер из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги разработали технологию 3D-печати для миниатюрных ионных ловушек, которая может упростить объединение множества таких ловушек в один большой компьютер.

Реклама

Назначение ионной ловушки отражено в ее названии: она удерживает ионы на месте и помогает контролировать их квантовые состояния с помощью электромагнитных полей, что является необходимым условием для использования ионов для проведения вычислений.

Для своей версии исследователи напечатали на 3D-принтере ловушки размером всего несколько сотен микрометров. В ходе масштабных лабораторных испытаний они превзошли более традиционные конструкции. Они улавливали ионы до 10 раз эффективнее и делали это с более коротким временем ожидания с момента включения ловушки до момента, когда ионы могут быть использованы, говорит Хаффнер. «Можно масштабировать на порядок больше кубитов, и можно ускорить процесс», — говорит он.

Член команды Сяосин Ся из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии утверждает, что 3D-печать идеально подходит для решения поставленной задачи, поскольку позволяет создавать небольшие и сложные объекты с меньшими ограничениями, чем методы, более близкие к производству микросхем. Это означает, что исследователи могут последовать примеру своей крошечной ионной ловушки и разработать более инновационные и новые решения. Член команды Шуци Сюй, также из Калифорнийского университета в Беркли, говорит, что некоторые из них уже находятся в разработке. «3D-печать позволяет во многом переосмыслить вещи», — говорит Ся.

Методы, используемые в настоящее время для создания ионных ловушек, «страдают от сложности, присущих им ограничений, а иногда и от низкой производительности, высокой стоимости и плохой воспроизводимости. Мне кажется, что технология 3D-печати в конечном итоге сможет преодолеть все эти проблемы… что, в свою очередь, является ключевым условием для масштабируемости квантовых вычислений с захваченными ионами», — говорит Ульрих Пошингер из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга в Германии.

Ся говорит, что теперь команда хочет интегрировать оптические компоненты в свои 3D-печатные конструкции, например, миниатюрные лазеры, необходимые для квантовых вычислений. Хеффнер добавляет, что их миниатюрные ловушки могут помочь перепроектировать масс-спектрометры, которые являются повсеместно распространёнными инструментами в химии.

Природа DOI: 10.1038/s41586-025-09474-1

Источник: www.newscientist.com