Το Princeton φέρνει την επανάσταση στα κβαντικά chips με το νέο qubit από τιτάνιο-πυρίτιο

Μια ομάδα μηχανικών από το Princeton University ανακοίνωσε μια σημαντική πρόοδο στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών με την ανάπτυξη ενός νέου υπεραγώγιμου qubit που διατηρεί τη συνοχή του για πάνω από 1 millisecond. Πρόκειται για τριπλάσιο χρόνο σε σχέση με τα καλύτερα πειραματικά qubits που είχαν αναφερθεί μέχρι σήμερα και σχεδόν δεκαπέντε φορές μεγαλύτερο από το βιομηχανικό πρότυπο για μεγάλους κβαντικούς επεξεργαστές. Η εξέλιξη αυτή σηματοδοτεί ένα μεγάλο βήμα προς την κατασκευή πρακτικών κβαντικών υπολογιστών, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις για αξιόπιστη επεξεργασία και διόρθωση σφαλμάτων.

Ο Andrew Houck, επικεφαλής του National Quantum Research Center και κοσμήτορας της σχολής Μηχανικών στο Princeton, τονίζει ότι το μεγαλύτερο πρόβλημα που εμποδίζει τη χρήση χρήσιμων κβαντικών υπολογιστών σήμερα είναι η βραχύβια φύλαξη των πληροφοριών στο qubit. Το νέο qubit, όπως αναφέρει ο Houck, αποτελεί «το επόμενο μεγάλο άλμα» στην κβαντική τεχνολογία. Η ομάδα του Princeton έδειξε ότι η νέα συσκευή μπορεί να υποστηρίξει διόρθωση σφαλμάτων και να κλιμακωθεί σε μεγαλύτερα συστήματα, ενώ είναι συμβατή με τις αρχιτεκτονικές που χρησιμοποιούν εταιρείες όπως η Google και η IBM. Η αντικατάσταση βασικών συστατικών στον επεξεργαστήξ Google Willow με τη νέα σχεδίαση μπορεί θεωρητικά να αυξήσει την απόδοση κατά χίλιες φορές.

Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να λύσουν προβλήματα που οι συμβατικοί υπολογιστές δεν μπορούν, αλλά η περιορισμένη διάρκεια ζωής των qubits περιορίζει την ικανότητά τους να ολοκληρώνουν πολύπλοκους υπολογισμούς. Η επέκταση του χρόνου συνοχής είναι κρίσιμη για την κατασκευή πρακτικού κβαντικού hardware. Η καινοτομία του Princeton αποτελεί τη μεγαλύτερη μονομερή βελτίωση στον χρόνο συνοχής των transmon qubits εδώ και πάνω από μια δεκαετία.

Το νέο qubit βασίζεται σε μια στρατηγική δύο βημάτων για την αντιμετώπιση των προβλημάτων των υλικών. Αρχικά, η ομάδα εισήγαγε το ταντάλιο, ένα μέταλλο που βοηθά τα ευαίσθητα κυκλώματα να διατηρούν ενέργεια. Στη συνέχεια, αντικατέστησαν το συνηθισμένο υποστρώμα από ζαφείρι με υψηλής καθαρότητας πυρίτιο, υλικό θεμελιώδες για τη βιομηχανία των υπολογιστών. Η ανάπτυξη του τανταλίου απευθείας πάνω στο πυρίτιο απαιτούσε την επίλυση τεχνικών προκλήσεων, αλλά η ομάδα κατέληξε σε σημαντικά πλεονεκτήματα στην απόδοση και την απλοποίηση της μαζικής παραγωγής.

Η Nathalie de Leon, συνδιευθύντρια της Princeton Quantum Initiative, εξηγεί ότι ο συνδυασμός τανταλίου και πυριτίου επιτρέπει την κατασκευή qubits με μεγαλύτερη σταθερότητα και ευκολότερη ενσωμάτωση σε υπάρχοντα chips. Ο Michel Devoret, επικεφαλής ερευνητής hardware στην Google Quantum AI και νικητής του βραβείου Νόμπελ Φυσικής 2025, αναγνώρισε τη δυσκολία της επέκτασης της διάρκειας ζωής των κβαντικών κυκλωμάτων, περιγράφοντας το πρόβλημα ως “νεκροταφείο” αποτυχημένων προσπαθειών.

Ο Houck εξηγεί ότι η δυνατότητα ενός κβαντικού υπολογιστή εξαρτάται από δύο παράγοντες: τον συνολικό αριθμό των qubits που μπορούν να συνδεθούν και τον αριθμό των λειτουργιών που κάθε qubit μπορεί να εκτελέσει πριν συσσωρευτούν σφάλματα. Η αύξηση της διάρκειας ζωής ενός qubit ενισχύει και τις δύο παραμέτρους, ενώ η χρήση τανταλίου μειώνει τις ενεργειακές απώλειες από μικροσκοπικά ελαττώματα στην επιφάνεια των μετάλλων.

Η νέα σχεδίαση δείχνει ότι η χρήση τανταλίου-πυριτίου μπορεί να φέρει τους κβαντικούς υπολογιστές ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματική χρησιμότητα, ανοίγοντας τον δρόμο για επεξεργαστές χιλιάδων qubits με δραματικά αυξημένη αξιοπιστία και απόδοση.