Superconductivitatea ar putea rezolva una dintre marile probleme ale computerelor cuantice: electronica de control ar putea ajunge lângă qubiți

Calculatoarele cuantice funcționează în condiții extrem de dificile, iar una dintre problemele mai puțin vizibile este chiar electronica folosită pentru controlul qubiților. Aceștia trebuie menținuți la temperaturi apropiate de zero absolut, în interiorul unor instalații criogenice, în timp ce tranzistorii semiconductor obișnuiți nu funcționează la fel de bine în aceste condiții.

O companie numită S-Transistors propune o soluție bazată pe tranzistori superconductori, proiectați să funcționeze la temperaturi apropiate de zero absolut. Ideea ar putea permite mutarea unei părți importante din circuitele de control chiar în interiorul sistemului criogenic, scrie hackaday.com.

De ce complică temperatura extrem de scăzută dezvoltarea computerelor cuantice

Qubiții utilizați de anumite computere cuantice trebuie răciți la temperaturi extrem de mici pentru a-și păstra proprietățile necesare calculelor cuantice. Problema apare atunci când trebuie controlați prin circuite electronice convenționale.

Tranzistorii semiconductor obișnuiți nu sunt proiectați pentru a funcționa în apropierea temperaturilor de zero absolut. Din acest motiv, electronica de control trebuie amplasată la alte niveluri de temperatură, ceea ce necesită numeroase conexiuni între aceasta și qubiții aflați în mediul criogenic.

Firele care intră și ies din criostat reprezintă o complicație tehnică importantă. Pe măsură ce numărul de qubiți crește, crește și cantitatea de electronică necesară pentru controlul lor, iar infrastructura necesară pentru conectarea acestor componente devine tot mai dificil de gestionat.

Tranzistorii superconductori ar putea ajunge în interiorul criostatului

S-Transistors propune utilizarea unor componente care să funcționeze în aceleași condiții de temperatură cu qubiții. Conceptul se bazează pe joncțiuni Josephson, cunoscute deja în domeniul calculului cuantic și folosite inclusiv în anumite tipuri de qubiți.

O joncțiune Josephson poate rămâne în stare superconductoare, dar aplicarea unui curent suficient de mare o poate face temporar nesuperconductoare. În acest proces apare un impuls de tensiune care poate fi detectat și folosit în cadrul unui circuit electronic.

Vezi și:

Calculatorul cuantic IBM a rezolvat în 15 minute o problemă aproape imposibilă pentru sistemele clasice. Pragul important depășit de cercetători

Bitcoin se pregătește pentru era calculatoarelor cuantice. O nouă soluție ar putea salva milioane de monede, dar nu și averea lui Satoshi Nakamoto

O astfel de abordare ar putea permite realizarea unor circuite de control capabile să funcționeze direct în mediul criogenic. În loc ca toate conexiunile să fie transportate în afara criostatului, o parte dintre operațiunile necesare controlării qubiților ar putea fi realizate chiar lângă aceștia.

JJFET-urile sunt o altă piesă importantă a soluției

Pe lângă joncțiunile Josephson, conceptul include și tranzistori cu efect de câmp bazați pe joncțiuni Josephson, cunoscuți sub denumirea JJFET. Structurile de acest tip au fost descrise într-o lucrare publicată în 2025 de Yusheng Xiong și colaboratorii săi.

S-Transistors susține că a ajuns la o etapă în care poate produce JJFET-uri la scară mai mare. Dacă această capacitate de fabricație poate fi demonstrată și menținută la nivel industrial, ea ar putea reprezenta un pas important pentru dezvoltarea unor circuite electronice destinate calculului cuantic la temperaturi extrem de scăzute.

Ideea nu este însă singura abordare pentru rezolvarea problemei. O alternativă este reprezentată de circuitele Cryo-CMOS, care folosesc tehnologii CMOS apropiate de cele utilizate în producția obișnuită de semiconductori, dar adaptate pentru funcționarea la temperaturi criogenice.

O posibilă soluție pentru una dintre problemele calculului cuantic

Cryo-CMOS are avantajul că poate utiliza linii de producție semiconductor existente pentru fabricarea circuitelor capabile să funcționeze la temperaturi foarte scăzute. Totuși, aceste circuite nu sunt proiectate să opereze la temperaturi apropiate de zero absolut în același mod în care ar putea face-o componentele superconductoare propuse de S-Transistors.

În cazul în care tranzistorii superconductori și JJFET-urile pot fi fabricați fiabil la scară largă, tehnologia ar putea contribui la reducerea complexității sistemelor de control pentru computerele cuantice. Avantajul principal ar fi apropierea electronicii de control de qubiți, în interiorul aceluiași mediu criogenic.

Pământul și Marte s-au format diferit, deși s-au născut în același Sistem Solar: ce au descoperit cercetătorii