Квантовый компьютер разогнали в тысячу раз ✎ экспресс

Оригинал: "Rapid high-temperature initialisation and readout of spins in silicon with 10 THz photons"
arXiv:2601.21880 · 2026-01-29 · CC BY-NC-ND 4.0 · собственный разбор · 1 мин
Свет дальнего инфракрасного диапазона готовит кубиты за доли наносекунды.

Квантовый компьютер похож на оркестр, который перед каждой пьесой должен настроить инструменты. Настройка занимает время и требует тишины — в нашем случае глубокого холода. Для кремниевых чипов с атомами бора эту настройку обычно ведут микроволнами, медленно и только при температурах ниже 2 кельвинов (минус 271 градус Цельсия).

Группа исследователей предложила другой инструмент — короткие вспышки света с частотой около 10 терагерц. Это дальний инфракрасный диапазон, невидимый глазу, но способный резко встряхнуть электронную оболочку атома бора. Световой импульс длительностью 9 пикосекунд (триллионных долей секунды) перебрасывает атом в нужное состояние спина — как щелчок пальцами заставляет волчок крутиться в заданную сторону. Второй импульс считывает результат, проверяя, куда смотрит спин.

Бор в кремнии — самая обычная примесь, как изюм в булке. Но именно его атомы могут стать рабочими лошадками квантовых вычислений.

Эксперимент показал: при температуре 3 кельвина, где обычная микроволновая техника уже не успевает, световые импульсы готовят 99% спинов за 250 пикосекунд. Это более чем в тысячу раз быстрее прежних методов. Быстрая настройка означает, что квантовый компьютер сможет делать больше операций за то же время и не так сильно зависеть от дорогих холодильников.

Так свет из далёкого инфракрасного края спектра становится дирижёром квантового оркестра. Он не просто ускоряет настройку, но и позволяет играть при чуть более высокой температуре, где раньше царил хаос. Возможно, именно терагерцовые импульсы помогут квантовым чипам выйти из лабораторий в обычный мир.

Терагерцовое излучение находится между микроволнами и инфракрасным светом. Оно проходит сквозь одежду, бумагу и пластик, но не сквозь металл — поэтому его используют в сканерах безопасности в аэропортах.

В сериале «Звёздный путь» квантовые компьютеры корабля «Энтерпрайз» работают при комнатной температуре — без громоздких криостатов. Терагерцовая настройка кубитов приближает эту фантазию к реальности.

Учёные
Erwin SchrödingerHugh Everett IIIDavid DeutschJohn Stewart BellLouis de BroglieLov Grover
Понятия
криогенное микроволновое измерение температура жидкого азота температура жидкого гелия кремниевая подложка криостат микроволновый импульс технология квантовых вычислений охлаждение милликельвин переохлаждение кремниевый чип полупроводниковые кубиты квантовый чип твердотельный кубит нагрев плазмы возбуждённое состояние манипуляция одиночным спином скейлинг спиновая поляризация