Квантовые технологии выходят из лабораторий, но до массового применения ещё далеко

Квантовые технологии переходят из фундаментальных лабораторных исследований в реальные прототипы, однако до их широкого практического применения могут пройти годы. К такому выводу пришла международная группа учёных, опубликовавшая обзор в журнале Science.

Студент держит полупроводниковый чип со спиновыми кубитами в лаборатории профессора Дэвида Оушалома в Чикагском университете. (Фото: Jean Lachat)

Авторы статьи, исследователи из Чикагского, Стэнфордского университетов, MIT и других ведущих научных центров, сравнивают текущий этап развития квантовых технологий с ранней эпохой вычислительной техники, предшествовавшей появлению транзистора.

Это переломный момент, похожий на самые ранние дни транзистора. Фундаментальные физические концепции установлены, рабочие системы существуют, и теперь нам необходимо развивать партнёрства для реализации полного потенциала технологии, — сказал ведущий автор Дэвид Оушалом.

Учёные проанализировали шесть основных аппаратных платформ для квантовых вычислений, включая сверхпроводящие кубиты, захваченные ионы и полупроводниковые квантовые точки. С помощью ИИ-моделей, таких как ChatGPT, они оценили уровень технологической готовности (TRL) каждой из них для задач вычислений, моделирования, сетей и сенсорики.

Наиболее высокие баллы получили сверхпроводящие кубиты для вычислений, нейтральные атомы для моделирования, фотонные кубиты для сетей и спиновые дефекты для сенсоров. Однако авторы подчёркивают, что даже высокий TRL не означает завершения работы.

Высокий уровень технологической готовности сегодня не указывает на то, что конечная цель достигнута. Это отражает значительную, но всё ещё скромную демонстрацию на системном уровне, которую необходимо существенно улучшить и масштабировать, — отметил соавтор Уильям Д. Оливер из MIT.

Основными вызовами для масштабирования систем названы проблемы материаловедения, производства, управления сигналами и энергопотреблением. Многие системы требуют индивидуальных каналов управления для каждого кубита, что становится непреодолимым барьером при попытке масштабирования до миллионов кубитов.

Учёные проводят параллели с историей классических вычислений, где ключевые прорывы, такие как литография, занимали десятилетия для перехода из лаборатории в промышленность. Они призывают к терпению, системному дизайну и открытому обмену знаниями, чтобы избежать преждевременной фрагментации поля.

Больше информации: David D. Awschalom et al, Challenges and opportunities for quantum information hardware, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adz8659