От сверхпроводников к оптическим пинцетам
В 2025–2026 годах нейтральные атомы совершили технологический рывок, став главным конкурентом сверхпроводящих кубитов. В отличие от чипов IBM или Google, требующих охлаждения до 10–20 милликельвинов в громоздких разбавленных холодильниках, системы на нейтральных атомах работают при комнатной температуре. Охлаждению подвергается только вакуумная камера с атомами, а общее энергопотребление системы (например, у Pasqal) составляет около 4 кВт, что позволяет размещать их в стандартных серверных стойках.
Кубиты здесь — это отдельные атомы, удерживаемые в пространстве сфокусированными лазерными лучами (оптическими пинцетами). Логические операции выполняются путем возбуждения атомов в так называемые состояния Ридберга, где электроны находятся далеко от ядра, что обеспечивает дальнодействующее взаимодействие между соседями.
Битва элементов: Rubidium против Strontium
Индурия разделилась на два лагеря по выбору рабочего элемента. Большинство игроков, включая QuEra, Pasqal и Infleqtion, выбрали рубидий-87 (Rb-87). Это зрелое решение: лазеры для него коммерчески доступны, а время когерентности составляет секунды. Однако шум магнитных полей остается проблемой.
Atom Computing пошла по сложному пути, выбрав стронций. Атомы щелочноземельных металлов менее чувствительны к магнитному шуму, что позволяет достигать времени когерентности до десятков секунд. Это критически важно для глубоких квантовых схем, но требует сложных многоволновых лазерных систем, включая ультрафиолетовые источники. Выбор стронция стал возможен благодаря экспертизе основателя компании Dr. Ben Bloom из сообщества оптических атомных часов NIST/JILA.
Архитектура «Зоны»: решение проблемы связности
Главное преимущество нейтральных атомов — перепрограммируемая связность. В сверхпроводящих чипах соединения фиксированы при производстве. В нейтрально-атомных процессорах атомы можно физически перемещать в пространстве. Это реализуется через зонную архитектуру, разделяющую массив на три функциональные области:
| Тип зоны | Функция | Техническая суть |
|---|---|---|
| Storage Zones | Хранение | Атомы изолированы и не взаимодействуют, пока не понадобятся для вычислений. |
| Entangling Zones | Вычисления | Атомы сближаются, активируется состояние Ридберга для выполнения двухкубитных гейтов. Операции могут идти параллельно в разных частях массива. |
| Readout Zones | Считывание | Анциллярные кубиты измеряются через оптическую флуоресценцию без нарушения состояния основных данных. |
Почему это важно для индустрии
Нейтральные атомы решают две фундаментальные проблемы квантовых вычислений. Во-первых, атомная идентичность: каждый атом Rb-87 физически идентичен другому. Это устраняет необходимость калибровки каждого кубита под индивидуальные дефекты производства, как в случае с сверхпроводящими джозефсоновскими переходами. Во-вторых, гибкость: программно-определяемая топология позволяет «приводить» кубиты к операции, а не пропускать сигнал через цепочку промежуточных звеньев, что снижает накопление ошибок при маршрутизации.
С появлением QuEra, Atom Computing и Pasqal на рынке формируется альтернатива доминирующим сверхпроводящим платформам, способная предложить более высокую масштабируемость при меньших энергозатратах на инфраструктуру охлаждения.
Источник: Tom's Hardware ↗