Кристалл — как идеально выложенная мозаика из атомов. Но вырастить такую мозаику — задача со звёздочкой: чуть сбился порядок, и появляются «швы» — границы, где ряды атомов не совпадают. Для обычной электроники это мелочь, а для квантового компьютера — катастрофа. Квантовый бит (кубит) хранит информацию в нежном состоянии, которое разрушается от малейшего беспорядка в материале.
Учёные взяли подложку из арсенида галлия и вырастили на ней плёнку алюминия толщиной всего 10–20 нанометров — это в тысячу раз тоньше человеческого волоса. С помощью молекулярно-лучевой эпитаксии — метода, при котором атомы осаждаются слой за слоем, как кирпичики — удалось получить почти идеальный кристалл. Рентген показал: дефектных «швов» в сто тысяч раз меньше, чем у прежних образцов. Атомы алюминия встали ровно, как солдаты на параде.
Такая чистота важна, потому что алюминий — сверхпроводник. При охлаждении до нескольких градусов выше абсолютного нуля он проводит ток без сопротивления, и кубиты на его основе могут работать дольше. Чем меньше дефектов, тем меньше помех. Раньше считалось, что на такой подложке алюминий всегда будет с дефектами — а теперь есть платформа для масштабируемых квантовых компьютеров.
Толщина плёнки — 10–20 нанометров. Если увеличить её до толщины листа бумаги, то дефектный «шов» на ней был бы размером с булавочную головку — и всего один на целый лист.
В сериале «Разрабы» квантовый компьютер страдает от шума, который рушит вычисления. Чистые сверхпроводящие плёнки — как раз попытка сделать такой шум тише.