Учёные создали модульную сеть для масштабирования квантовых компьютеров

1a: Концепция «подключи и работай» квантовой сети. Узлы процессоров можно добавлять или удалять по мере необходимости для изменения конфигурации или расширения сети. 1b: Реализация прототипа соединения. Сверхпроводящий кабель с низкими потерями и специальными разъёмами подключён к сверхпроводящим кубитам, позволяя выполнять операции между ними. Автор: Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01404-3

Квантовые компьютеры, устройства, способные выполнять вычисления на основе принципов квантовой механики, как ожидается, превзойдут классические компьютеры в решении определённых задач оптимизации и обработки данных. Хотя физики и инженеры разработали множество квантовых систем за последние десятилетия, надёжное масштабирование этих систем для решения реальных задач с коррекцией ошибок остаётся сложной задачей.

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне представили новую модульную архитектуру для масштабирования сверхпроводящих квантовых процессоров с отказоустойчивостью, гибкостью и возможностью переконфигурации. Такое масштабирование необходимо для поддержания квантовых эффектов, критически важных для долгосрочных вычислений.

Их система, описанная в статье журнала Nature Electronics, состоит из нескольких модулей (сверхпроводящих кубитов), которые могут работать независимо и соединяться друг с другом через низкопотерьевые соединения, формируя более крупную квантовую сеть.

«Отправной точкой нашего исследования стало понимание, что для масштабирования квантовых вычислений необходимо разделять процессоры на независимые устройства — подход, который мы называем "модульными квантовыми вычислениями"», — пояснил Вольфганг Пфафф, ведущий автор работы.

По его словам, эта идея стала популярной в последние годы, и даже такие компании, как IBM, активно её разрабатывают. Задача команды заключалась в создании инженерно-дружественного способа соединения модулей.

Ключевым элементом системы стал высококачественный сверхпроводящий коаксиальный кабель (резонатор), подключённый к кубитам через специальные разъёмы с субмиллиметровой точностью. Это позволило минимизировать потери сигнала и выполнять квантовые операции между кубитами.

Предложенный метод показал преимущества перед традиционными подходами: модули можно безопасно подключать и отключать без повреждений, а потери в квантовых вентилях остаются минимальными. В будущем это открывает путь к созданию переконфигурируемых сетей с постепенным добавлением новых модулей.

Сейчас команда работает над увеличением количества соединяемых элементов и интеграцией квантовой коррекции ошибок в архитектуру.

Дополнительная информация: Michael Mollenhauer et al, A high-efficiency elementary network of interchangeable superconducting qubit devices, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01404-3