Учёные создали трёхкубитовый квантовый регистр в кремниевом фотонном чипе

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировали новый подход к созданию квантовых устройств памяти, используя атомные дефекты в кремнии, известные как T-центры.

Трёхкубитовый регистр на основе T-центра в кремниевой фотонике. Автор: Song et al.

Вместо классических битов квантовые компьютеры оперируют кубитами, которые могут находиться в состояниях 0 и 1 одновременно. Команда под руководством Алпа Сипахигила создала в кремниевом фотонном чипе небольшой модуль памяти — трёхкубитовый регистр, способный хранить квантовую информацию.

Их работа, опубликованная в журнале Nature Nanotechnology, открывает новые возможности для разработки квантовых технологий на основе кремния — основного материала современной электроники.

«Кремниевый T-центр — это перспективный спин-фотонный интерфейс, который сочетает оптические переходы в O-диапазоне телекоммуникаций со спиновыми кубитами, демонстрирующими время когерентности в масштабе миллисекунд», — пояснил ведущий автор статьи Ханбин Сон.

Учёные создали T-центры в кремнии с помощью ионной имплантации, а затем сформировали на чипе необходимые оптические и электрические структуры методом литографии.

«Фотонная интеграция эффективно связывает фотолюминесценцию T-центра с оптическим волокном для сбора фотонов, а металлические дорожки позволяют осуществлять управление спином на чипе. Мы достигли когерентного управления трёхкубитовым регистром в компактной, интегрированной платформе», — добавил Сон.

В ходе испытаний устройство показало отличные результаты: кубиты в регистре запутались, а квантовая информация сохранялась более 100 миллисекунд. Исследователи также реализовали управляемые вентили NOT между кубитами.

«Наша работа показывает, что T-центр можно использовать как трёхкубитовый квантовый регистр с оптическим интерфейсом. Это открывает путь к созданию масштабируемых многокубитовых узлов памяти для квантовой связи», — отметил Сон.

Поскольку регистр создан на кремнии с использованием совместимых с промышленностью процессов, в будущем эту технологию можно будет масштабировать для создания более крупных систем квантовой связи и обработки информации.

Больше информации: Hanbin Song et al, Entanglement of a nuclear spin qubit register in silicon photonics, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02066-0