Исследователи Центра плазменных исследований и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института создали сверхпроводящие выпрямители на основе сверхпроводящих диодов (SD) — устройства, которые могут преобразовывать переменный ток в постоянный на одном и том же чипе
Эти выпрямители позволят эффективно подавать постоянный ток, необходимый для работы сверхпроводящих классических и квантовых процессоров.
Квантовые компьютерные схемы могут работать только при температуре, близкой к 0 кельвинов (абсолютный ноль), и способ подачи питания должен тщательно контролироваться, чтобы ограничить влияние помех, вызванных избыточным теплом или электромагнитным шумом. Большая часть нежелательных помех и тепла возникает из-за проводов, соединяющих холодные квантовые чипы с электроникой комнатной температуры. Вместо этого использование сверхпроводящих выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный в криогенной среде сокращает количество проводов, уменьшая тепло и шум и позволяя создавать более крупные и стабильные квантовые системы.
Ученые разработали сверхпроводящие диоды, состоящие из очень тонких слоёв сверхпроводящего материала, которые демонстрируют невозвратный (или однонаправленный) поток тока и могут стать сверхпроводящим аналогом стандартных полупроводников. Несмотря на то, что сверхпроводящие диоды привлекли значительное внимание, особенно с 2020 года, до сих пор исследования были сосредоточены только на отдельных сверхпроводящих диодах для подтверждения концепции. В статье группы за 2023 год описывается, как они создали и усовершенствовали метод, с помощью которого SD можно масштабировать для более широкого применения.
Теперь, создав схему диодного моста, они продемонстрировали успешную интеграцию четырёх SD и осуществили преобразование переменного тока в постоянный при криогенных температурах.
Разработка значительно снизит тепловой и электромагнитный шум, передающийся из окружающей среды в криогенную схему, что обеспечит более чистую работу. Сверхпроводящие диоды также потенциально могут служить изоляторами/циркуляторами, помогая изолировать сигналы кубитов от внешнего воздействия. Успешное объединение нескольких сверхпроводящих диодов в первую интегрированную схему сверхпроводящих диодов является ключевым шагом на пути к тому, чтобы сверхпроводящие вычисления стали коммерческой реальностью.
«Наша работа открывает путь к созданию высокоэффективных и практичных суперкомпьютеров на основе сверхпроводимости в ближайшие несколько лет», — считают исследователи. «Более того, мы ожидаем, что наше исследование повысит стабильность кубитов и ускорит реализацию программы квантовых вычислений». Учитывая множество полезных функций, которые могут выполнять эти компоненты, ученые уже работают над интеграцией таких устройств в реальные сверхпроводящие логические схемы.