Зміст
- Виконавче резюме: Матеріали для квантової корекції помилок у 2025 році
- Розмір ринку та прогнози: Траєкторії зростання до 2030 року
- Ключові гравці та галузеві співпраці (наприклад, ibm.com, honeywell.com, ieee.org)
- Проривні технології: Досягнення в інженерії матеріалів QEC
- Матеріальні інновації: Суперпровідники, топологічні ізолятори та інше
- Виклики: Масштабованість, вартість та інтеграція з квантовими архітектурами
- Регуляторні та стандартні рамки (ieee.org, nist.gov)
- Дорожня карта комерціалізації: Від лабораторії до впровадження в промисловість
- Нові застосування: Квантові обчислення, сенсори та зв’язок
- Перспективи: Стратегічні можливості та майбутні порушення (2025–2030)
- Джерела та посилання
Виконавче резюме: Матеріали для квантової корекції помилок у 2025 році
Квантова корекція помилок (QEC) є основним елементом для масштабованих, стійких до помилок квантових обчислень, а інженерія матеріалів становить її основу. На 2025 рік промисловість та наукові організації посилюють зусилля з оптимізації та інновацій в матеріалах, що підвищують когерентність Кубітів і підтримують високу точність корекції помилок. Фокус зміщено з пристроїв, що демонструють концепцію, до масштабованого квантового апаратного забезпечення, що залежить від точних властивостей матеріалів, таких як зменшення дефектів, інженерія інтерфейсу та ультрачисті субстрати.
Провідні розробники квантового обладнання досягають значних успіхів. IBM Corporation повідомила про прогрес у зменшенні шуму, викликаного матеріалами, шляхом розробки чистіших суперпровідникових плівок і поліпшення інтерфейсів субстратів. Подібним чином, Rigetti Computing активно вдосконалює матеріали для своїх платформ суперпроводячих Кубітів, впроваджуючи нові технології виготовлення, що зменшують дефекти двохрівневих систем (TLS), що є основним джерелом декогерентності. На фронті кремнію компанії Quantinuum та Infineon Technologies AG співпрацюють у сфері високочистого кремнію та розвиненої іонної імплантації, намагаючись досягти більш тривалих когерентних часів для спін- та іонних затворних Кубітів.
У найближчі роки очікується продовження інтеграції передової інженерії матеріалів з протоколами QEC. Це включає розробку ультранизькотехнологічних діелектриків, епітаксійних суперпровідників та ізотопно збагачених субстратів. Спільні зусилля між академічними установами, національними лабораторіями та промисловістю, як очікується, прискорять прориви. Наприклад, Національний інститут стандартів і технологій (NIST) очолює міжустановчі проекти, спрямовані на стандартизацію характеристик матеріалів для квантових пристроїв, метою яких є надання еталонів для щільності дефектів та якості інтерфейсів.
Короткострокова дорожня карта також передбачає масштабування виробництва квантового обладнання. Компанія Intel активно використовує свій досвід у контролі виробничих процесів напівпровідників для виробництва кремнієвих Кубітів з атомною однорідністю, що безпосередньо впливає на рівні помилок і накладні витрати QEC. Зусилля лабораторії Delft Quantum Lab зосереджені на гібридних матеріалах та нових гетероструктурах для зменшення декогерентності та сприяння ефективній корекції помилок.
До 2027 року в галузі очікуються перші демонстрації логічних Кубітів з обмеженими помилками матеріалу нижче “порогу стійкості до помилок”. Цю віху можливості стане досягнутою завдяки збігу високоточних інженерних матеріалів, вдосконалених кодів корекції помилок і масштабованого виробництва. Стратегічна взаємодія між наукою про матеріали та квантовою архітектурою залишиться визначальною, сприяючи розвитку промисловості на шляху до практичного, коректованого квантового обчислення.
Розмір ринку та прогнози: Траєкторії зростання до 2030 року
Ринок інженерії матеріалів для квантової корекції помилок (QEC) прогнозується на значне зростання до 2030 року, що обумовлено глобальними зусиллями з розробки масштабованих, стійких до помилок квантових комп’ютерів. На 2025 рік провідні розробники квантового обладнання посилюють зусилля з оптимізації матеріалів, що зменшують декогерентність і операційні помилки, що є критично важливими для практичної квантової корекції помилок. Потреба в ультрачистих субстратах, розвинених суперпровідникових матеріалах та високоточних процесах виготовлення відображає зростаючі інвестиції та співпрацю серед постачальників технологій, постачальників матеріалів та наукових установ.
Декілька великих гравців безпосередньо впливають на ландшафт матеріалів QEC. IBM публічно зобов’язалася до розробки квантових процесорів, які містять матеріали, створені для зменшення шуму та підвищення часу когерентності, з їх дорожньою картою обладнання на 2025 рік, що посилається на успіхи в укладанні чіпів та кріогенной інженерії для підтримки логічних Кубітів. Rigetti Computing також зосереджена на інноваціях у матеріалах, особливо в контексті масштабованих масивів суперпроводячих Кубітів, і встановила партнерства для забезпечення високоякісних пластин та спеціалізованих технологій нанесення.
У секторі напівпровідникових матеріалів компанії Applied Materials та Lam Research постачають інструменти для нанесення, травлення та метрології, спеціалізовані для виготовлення квантових пристроїв, задовольняючи вимоги QEC-структур. Ці компанії повідомляють про зростаючий попит на індивідуальні рішення, оскільки квантові лабораторії та заводи потребують безпрецедентного контролю над чистотою матеріалів, шорсткістю інтерфейсів і щільністю дефектів.
Національні лабораторії та консорціуми державного та приватного секторів, такі як Національний центр обчислювальних наук (NCCS), інвестують у спільну інфраструктуру для прискорення промислового масштабування досліджень матеріалів QEC. Ці ініціативи підтримують спільні чисті приміщення, удосконалені інструменти характеристик та відкриті бази даних матеріалів, що полегшують передачу технологій та стандартизацію в квантовому постачанні.
Дивлячись у майбутнє до 2030 року, прогнози галузі припускають, що сегмент інженерії матеріалів QEC перейде з ранніх стадій НДДКР до пілотного виробництва передкомерційного етапу, а для деяких платформ — до початкової комерціалізації. Траєкторія ринку підкріплена очікуванням, що надійна QEC стане незамінною для розблокування повної обчислювальної потужності квантових систем. Як дорожні карти технологій провідних постачальників квантового обладнання все більше надають пріоритет логічним Кубітам над фізичними кількостями Кубітів, попит на нові матеріали та точну інженерію, як очікується, зросте з компаундувальною річною ставкою, значно вищою, ніж у більшій частині ринку квантових обчислень.
Ключові гравці та галузеві співпраці (наприклад, ibm.com, honeywell.com, ieee.org)
Квантова корекція помилок (QEC) є основною проблемою для масштабування квантових обчислень, а сфера інженерії матеріалів QEC швидко еволюціонує, оскільки провідні промислові гравці та дослідницькі консорціуми посилюють співпрацю. У 2025 році кілька компаній та організацій перебувають на передньому плані розвитку та впровадження нових матеріалів та архітектур пристроїв для мінімізації квантової декогерентності та можливості реалізації практичних Кубітів з корекцією помилок.
- IBM є провідною силою в дослідженнях квантового обладнання та корекції помилок. У своїй нещодавній дорожній карті IBM наголошує на досягненнях у матеріалах для суперпровідних Кубітів, особливо у зменшенні дефектів двохрівневих систем (TLS) у джозефсонівських з’єднаннях та поверхневих діелектриках. Їх співпраця з академічними партнерами зосереджена на нових техніках нанесення тонких плівок та обробці субстратів для придушення джерел шуму.
- Honeywell Quantum Solutions (тепер частина Quantinuum) продовжує розширювати можливості в квантових обчисленнях на основі обмежень. Їх підхід спирається на ультрависокий вакуум та інженерію матеріалів іонних затискачів, щоб зменшити теплові втрати та електричний шум, що є критичними для реалізації протоколів корекції помилок з високою точністю. Нещодавні оголошення підкреслюють спільні проекти з науковцями-матеріалознавцями для розробки нових електродних покриттів та обробки поверхні.
- Intel активно інвестує в платформи кремнієвих спін-Кубітів. У рамках програми Intel Quantum Computing компанія співпрацює з заводами та постачальниками матеріалів для оптимізації ізотопно-збагачених субстратів кремнію та матеріалів для затворів, намагаючись досягти вищих часів когерентності, необхідних для масштабованої QEC.
- IEEE стандарти та робочі групи, такі як Ініціатива IEEE Quantum, надають основу для взаємодії та оцінки матеріалів QEC, сприяючи промисловій адаптації найкращих практик та прискоренню обміну даними про матеріали.
- Oxford Instruments є ключовим постачальником обладнання для кріогенних та нанообробних технологій. Компанія активно співпрацює з компаніями в галузі квантового обладнання, щоб забезпечити точну виготовлення та характеристики суперпровідних і напівпровідникових квантових пристроїв, підтримуючи швидке прототипування нових архітектур з корекцією помилок (Oxford Instruments).
Перспективи на найближчі роки вказують на глибші співпраці між розробниками квантового обладнання, постачальниками матеріалів та органами стандартів. Оскільки пороги помилок для практичного квантового обчислення залишаються суворими, від промислових гравців очікується подальші інвестиції в відкриття нових матеріалів, ін-ситу характеристику та масштабовані процеси виготовлення. Ці партнерства будуть життєво важливими для подолання проблем, пов’язаних з матеріалами, які є притаманними для архітектур, стійких до помилок.
Проривні технології: Досягнення в інженерії матеріалів QEC
Квантова корекція помилок (QEC) є основною вимогою для масштабування квантових комп’ютерів за межами лабораторних прототипів, і нещодавні успіхи в інженерії матеріалів значно прискорюють цю галузь. В рамках 2025 року промислові лідери зосереджуються на нових суперпровідних сполуках, топологічних матеріалах та гетероструктурах, щоб вирішити постійну проблему декогерентності Кубітів та операційних помилок.
Суперпровідники, які довго вважалися найбільш сумісними з існуючими методами виготовлення, зазнають значних поліпшень матеріалів. Такі компанії, як IBM та Rigetti Computing, повідомили про успіхи в сплаві на основі ніобію та ультрачистих алюмінієвих плівках, які продемонстрували підвищені часи когерентності та зменшення дефектів двохрівневих систем (TLS). Rigetti, наприклад, використовує інноваційні протоколи очищення субстратів та поліпшену виготовлення Джозефсонівських з’єднань, щоб придушити рівні помилок, що є критичним кроком у їхньому прагненні до масштабування до систем з корекцією помилок.
Ще одним перспективним шляхом є інженерія топологічних Кубітів, які за своєю суттю є більш стійкими до декогерентності завдяки їх ненависній кодуванню інформації. Microsoft очолює дослідження матеріалів уHybrid суперпровідниках-напівпровідниках, зокрема індію антимоніду (InSb) та арсенід індію (InAs), в поєднанні з епітаксійним алюмінієм, для реалізації режимів Майорана для топологічної квантової корекції помилок. Компанія нещодавно продемонструвала значні успіхи в зростанні бездефектних нанодротових структур та їх інтеграції з масштабованими архітектурами пристроїв.
Іонні затискачі та платформи нейтральних атомів також виграють від проривів в інженерії матеріалів. IonQ оптимізує матеріали затискачів поверхні та електродні покриття для мінімізації шуму електричного поля, тоді як Quantinuum прагне досягти матеріалів, сумісних з ультрависоким вакуумом, які підтримують стабільне захоплення та маніпуляцію атомними Кубітами. Ці поліпшення безпосередньо впливають на точність роботи та впровадження кодів поверхні та інших протоколів QEC.
Дивлячись вперед, співпраця між виробниками квантового обладнання та постачальниками передових матеріалів має посили́ться. Такі компанії, як Oxford Instruments, інвестують у обладнання для наступного покоління для нанесення та травлення, яке адаптоване для матеріалів квантового рівня, підтримуючи прагнення галузі до більш масштабних та надійних масивів Кубітів. Оскільки QEC переходить від експериментальних демонстрацій до практичного впровадження, найближчі кілька років можуть свідчити про зближення високочистих матеріалів, точного нанооброблення та масштабованих процесів інтеграції, готуючи ґрунт для надійних полів, стійких до помилок у квантовому обчисленні.
Матеріальні інновації: Суперпровідники, топологічні ізолятори та інше
Оскільки сектор квантових обчислень прагне до практичних архітектур, стійких до помилок, інженерія матеріалів для квантової корекції помилок (QEC) стала центральним важливим напрямом у наукових дослідженнях і розробках у 2025 році. Пошук надійних, масштабованих платформ для квантової інформації став каталітизатором для досягнень у суперпровідниках, топологічних ізоляторах та нових матеріалах, спеціально спроектованих для QEC.
Суперпровідні Кубіти, які домінують на комерційній квантовій арені, виграли від постійного удосконалення матеріалів для зменшення декогерентності та помилок. У 2025 році IBM та Rigetti Computing обидві повідомляють про досягнення у суперпроводникових плівках на основі ніобію, підкреслюючи поліпшення технології виготовлення та інженерії інтерфейсу для придушення дефектів двохрівневих систем (TLS)—основного джерела шуму Кубітів та логічних помилок. Нові методи нанесення і техніки пасивації поверхні використовуються для подовження часу когерентності Кубітів, що безпосередньо підтримує більш ефективні QEC цикли.
Крім звичайних суперпровідників, топологічні матеріали отримують активну підтримку завдяки їхній природній дієздатності проти певних видів шуму. Зокрема, Microsoft продовжує інвестувати в топологічні Кубіти, використовуючи гетероструктури, що поєднують суперпровідники з матеріалами, такими як нанодроти з індію антимоніду (InSb), для підтримки режимів Майорана. У 2025 році компанія повідомляє про прогрес у чистоті матеріалів та якості інтерфейсів, обидва критичні для реалізації теоретично передбаченого захисту від локальної декогерентності та оперативних помилок, зокрема для масштабованої QEC.
Гібридні квантові архітектури також з’являються як перспективні кандидати для систем, стійких до помилок. Інститут Пола Шеррера та Infineon Technologies співпрацюють у питанні розвитку кремнієвих спін Кубітів, користуючись зрілими технологіями виготовлення напівпровідників та вдосконаленим ізотопним очищенням, щоб зменшити магнітний шум. Ці зусилля спрямовані на досягнення високоточних операцій з затвором та вимірюваннями, необхідних для QEC протоколів, таких як код поверхні.
Дивлячись у майбутнє, спільнота квантових матеріалів дедалі більше зосереджується на модульності та інтеграції матеріалів, при цьому прототипи чіпів тепер поєднують суперпровідні, напівпровідникові та топологічні елементи. Наступні кілька років призведуть до подальшого удосконалення інженерії інтерфейсів та синтезу матеріалів з акцентом на відтворюваність та масштабованість. Ці інновації, як очікується, підкріплять перші демонстрації логічних Кубітів з тривалостями, що перевищують тривалості їх фізичних аналогів, що є вирішальним кроком до квантових обчислень, стійких до помилок.
Виклики: Масштабованість, вартість та інтеграція з квантовими архітектурами
Квантова корекція помилок (QEC) є невід’ємною частиною реалізації квантових обчислень, стійких до помилок, проте її практична реалізація фундаментально обмежена викликами в інженерії матеріалів. Станом на 2025 рік зусилля з масштабування квантових процесорів при збереженні когерентності Кубітів, зменшенні витрат і інтеграції матеріалів, сумісних з QEC, в існуючі квантові архітектури залишаються на передньому плані досліджень у промисловості та академії.
Основним викликом є ідентифікація та виготовлення матеріалів, які мінімізують джерела шуму та декогерентності. Суперпровідні Кубіти, наприклад, дуже чутливі до поверхневих дефектів і діелектричних втрат у матеріалах. Лідери галузі, такі як IBM та Rigetti Computing, повідомили про успіхи в технологіях обробки, що знижують дефекти двохрівневих систем (TLS) на інтерфейсах, але шкалювання цих поліпшень з лабораторії до масштабів виробництва залишається значною перешкодою. Так само для зазиманих іонних і нейтральних атомних систем компанії, такі як IonQ та Pasqal, підкреслили важливість матеріалів, які підходять для ультрависокого вакууму, та точного лазерного контролю, обидва з яких мають виклики у вартості та інтеграції.
Вартість також є обмежуючим фактором. Оптимізовані субстрати, такі як високочистий кремній або сапфір для суперпровідників, і спеціалізовані покриття, необхідні для пасивації поверхні, часто підвищують ціну квантового обладнання. Йдуть зусилля з індустріалізації процесів виготовлення, включаючи співпрацю між виробниками квантового обладнання та постачальниками матеріалів, щоб вирішити це. Наприклад, Infineon Technologies досліджує масштабовані напівпровідникові матеріали для квантових пристроїв, тоді як Oxford Instruments постачає спеціалізовані інструменти нанесення та характеристики, призначені для квантових матеріалів. Ці партнерства спрямовані на зниження витрат через використання існуючої інфраструктури напівпровідників.
Інтеграція з квантовими архітектурами становить ще один комплекс викликів. Включення кодів корекції помилок, таких як поверхневі коди, вимагає щільних, низьковтратних з’єднань і високоточних електронних засобів контролю. Це потребує досягнень у матеріалах не тільки на рівні Кубітів, але і в упаковці, кріогеніці та апаратному забезпеченні управління. Quantinuum розробляє інтегровані архітектури, що поєднують нові матеріали з масштабованими схемами корекції помилок, в той час як NIST продовжує визначати стандарти для низькошумних матеріалів та метрології пристроїв.
Дивлячись вперед, очікується, що досягнення в матеріалах відіграють ключову роль у забезпеченні масштабованого квантового обчислення з корекцією помилок. Міждисциплінарні зусилля між розробниками квантового обладнання та фахівцями в науці про матеріали, напевно, прискоряться, намагаючись знайти масштабовані, рентабельні та архітектурно сумісні рішення. Наступні кілька років матимуть вирішальне значення для переведення матеріальних досягнень на лабораторному рівні в надійні, виробничі платформи для квантової корекції помилок.
Регуляторні та стандартні рамки (ieee.org, nist.gov)
Регуляторні та стандартні рамки для інженерії матеріалів квантової корекції помилок (QEC) швидко еволюціонують, оскільки квантова промисловість переходить до масштабованих, стійких до помилок квантових комп’ютерів. У 2025 році увага зосереджена на встановленні єдиних еталонів шкіри за сезонами та взаємодії характеристик для підтримки розробки та перевірки матеріалів та пристроїв QEC.
Ключові організації беруть активну участь у формуванні цих стандартів. Ініціатива IEEE Quantum запустила кілька робочих груп, присвячених метрикам ефективності квантового обчислення, характеристикам обладнання та протоколам корекції помилок. Стандарт IEEE P7130, який визначає термінологію квантового обчислення, продовжує бути основоположним для колективних обговорень, у той час як нові проекти ведуться для розробки керівних принципів, специфічних для матеріальних властивостей, критичних для QEC, таких як часи когерентності, щільність дефектів та відтворюваність виготовлення.
На національному рівні, Національний інститут стандартів і технологій (NIST) веде зусилля з стандартизації вимірювань та звітності характеристик матеріалів, відповідних для квантової корекції помилок. Програма квантової інформації NIST зараз проводить міжлабораторні дослідження для порівняння роботи матеріалів через різні процеси виготовлення, намагаючись досягти платформи, заснованої на супер провідниках, фотографічних та іонних затискачах. Їх робота інформує про проекти стандартів для характеристик таких матеріалів, як високочистий кремній, ізотопне очищене алмазоподібне та суперпровідникові плівки, що займають центральне місце в дослідженнях QEC.
Залучення галузі до процесу стандартизації є вирішальним, оскільки компанії та наукові консорціуми надають фактичні дані про виготовлення та показники ефективності пристроїв. Наприклад, спільні зусилля між NIST та промисловими партнерами забезпечують довідкові матеріали та вимірювальні протоколи для значущих параметрів Кубітів, таких як часи релаксації (T1) та декореляції (T2), а також характеристика дефектів на субстратах та інтерфейсах.
Дивлячись у кілька наступних років, очікується, що регуляторні та стандартні дії посиляться, оскільки квантова технологія переходить від лабораторних досліджень до ранньої комерціалізації. Проектуються, що IEEE та NIST публікуватимуть подальші технічні стандарти та найкращі практики, які підпирають постачання матеріалів, кваліфікацію пристроїв та контроль якості в квантовому постачанні. Ці зусилля спрямовані на зменшення варіабельності, прискорення інновацій та забезпечення сумісності між платформами, підготовляючи ґрунт для надійного впровадження квантової корекції помилок у масштабі.
Дорожня карта комерціалізації: Від лабораторії до впровадження в промисловість
Дорожня карта комерціалізації для інженерії матеріалів квантової корекції помилок (QEC) швидко еволюціонує, оскільки галузь квантових обчислень переходить від лабораторних прототипів до масштабованих, стійких до помилок квантових пристроїв. У 2025 році провідні розробники обладнання посилюють свою увагу на інноваціях в матеріалах, необхідних для практичної реалізації QEC, прагнучи зменшити декогерентність і мінімізувати операційні помилки на промисловому рівні.
Суперпровідні Кубіти залишаються лідерами для найближчих квантових комп’ютерів, але їх точність і когерентність сильно залежать від чистоти матеріалів і інженерії інтерфейсів. Такі компанії, як IBM та Rigetti Computing, інвестують у нові методи виготовлення багатошарових конструкцій, високоякісних діелектриків та покращених процесів для Джозефсонівських з’єднань, щоб систематично зменшити джерела шуму, пов’язані з матеріалами. Нещодавні оголошення від IBM свідчать про багатокубітні пристрої з рівнями помилок, що наближаються до порогів, необхідних для корекції помилок поверхневого коду, що є ключовою віхою для переходу за межі шумних проміжних масштабів квантових (NISQ) режимів.
Платформи іонних затискачів та нейтральних атомів також досягають значного прогресу завдяки інженерії матеріалів. IonQ працює над поліпшенням субстратів іонних чіпів і електродних покриттів, щоб зменшити електричний шум та подовжити тривалість Кубітів, в той час як Pasqal зосереджена на оптимізації оптичних і вакуумних інтерфейсів для своїх масивів нейтральних атомів. Ці поліпшення є суттєвими для масштабованої QEC, оскільки шум викликаний матеріалами залишається великою перешкодою для точності роботи та вимірювань.
Значна тенденція у 2025 році полягає у виникненні спеціалізованих постачальників матеріалів QEC. Компанії, такі як QNAMI, комерціалізують кремнієві субстрати з обробленими нитроген-вакансійними центрами, які служать як Кубіти, так і ультрачутливі квантові сенсори для характеристик матеріалів. Ця подвійна функціональність дозволяє отримати швидкі цикли зворотного зв’язку між розвитком матеріалів і оптимізацією пристроїв, що допомагає виявити та усунути мікроскопічні дефекти, які спричиняють поширення помилок.
Дивлячись вперед, наступні кілька років свідчитимуть про посилене співробітництво між академією та промисловістю, спрямоване на стандартизацію характеристик матеріалів QEC та протоколів кваліфікації. Організації, такі як Національний інститут стандартів і технологій (NIST), ймовірно, зіграють зростаючу роль у встановленні еталонів для матеріалів з низькими дефектами, обробки поверхонь та якості інтерфейсу. Як ці стандарти зрішають, вони підпирають розвиток ланцюгів постачання, готових для QEC, полегшуючи перехід від виготовлення прототипів до відтворюваного, масштабованого промислового виробництва.
Підсумовуючи, комерціалізація інженерії матеріалів QEC у 2025 році характеризується швидкими інноваціями в обробці матеріалів, появою спеціалізованих постачальників та ранньою установою галузевих стандартів. Ці зусилля колективно прокладають шлях до надійних квантових систем із корекцією помилок, наближаючи цю галузь до практичного, масштабованого квантового обчислення.
Нові застосування: Квантові обчислення, сенсори та зв’язок
Квантова корекція помилок (QEC) є суттю реалізації практичних квантових технологій, а інженерія матеріалів є основою останніх досягнень у цій галузі. Оскільки квантові пристрої масштабуються у 2025 році, попит на матеріали з ультранизькою щільністю дефектів, низькими діелектричними втратами та підвищеними когерентними часами зростає. Квантові комп’ютери, зокрема, потребують матеріалів для Кубітів, які мінімізують як помилки бітофліпів, так і помилки фазових фліпів, оскільки провідні розробники обладнання оголошують про прориви в релевантних наукових дослідженнях.
У суперпровідних Кубітах поліпшення в інженерії субстратів та інтерфейсів переводяться в Кубіти з довшими когерентними часами, що безпосередньо вигідно для схем QEC. IBM повідомила про поліпшення роботи своїх квантових процесорів завдяки субстратам з високочистого сапфіру та задуманим обробкам поверхонь, тоді як Rigetti Computing розробляє нові алюмінієві та ніобієві плівки зі зменшеними дефектами двохрівневих систем (TLS). Ці поліпшення матеріалів є критично важливими для впровадження кодів корекції помилок, таких як поверхневий код, який вимагає сотні фізичних Кубітів для кожного логічного Кубіта.
Платформи спінових Кубітів також зазнають швидких інновацій. Intel досягла значних успіхів із ізотопно очищеним кремнієм, що різко зменшує магнітний шум і декогерентність, підтримуючи більш надійні корекції помилок. У Кубітах з нитроген-вакансійними центрами в алмазі компанія Element Six постачає ультрачисті синтетичні алмазні субстрати, що забезпечують довші часи когерентності для застосувань у квантовій сенсориці та зв’язках.
Окрім індивідуальних матеріалів, інтегровані квантові фотонні схеми з’являються як перспективна платформа для квантового зв’язку з корекцією помилок. Інститут Пола Шеррера просуває кремнієву фотоніку з низьковтрачними хвилеводами та з’єднувачами, необхідними для захищеної передачі квантової інформації через мережі.
Дивлячись вперед, наступні кілька років свідчитимуть про зростання співпраці між постачальниками квантового обладнання та постачальниками матеріалів для розробки бездефектних інтерфейсів та масштабованих виробничих процесів. Перспективи на 2025 рік і далі включають не лише вдосконалення існуючих матеріалів, але й розробку абсолютно нових класів суперпроводників, напівпровідників та фотонних матеріалів, спеціально спроектованих для сумісності з QEC. Галузь очікує, що ці досягнення стануть основою для наступного стрибка в квантовій обчислювальній технолгії, надчутливих квантових сенсорах і безпечних системах квантового зв’язку.
Перспективи: Стратегічні можливості та майбутні порушення (2025–2030)
Квантова корекція помилок (QEC) має стати основною частиною масштабованих квантових обчислень, а інженерія матеріалів є основою цієї трансформації. У міру розвитку даної області у 2025 році та в подальші роки з’являються кілька стратегічних можливостей та руйнуючих тенденцій, зумовлених необхідністю підвищення точності Кубітів, поліпшення когерентних часів та виробничих архітектур квантових приладів.
Рушійна сила до систем, стійких до помилок, прискорює інвестиції в нові матеріали та техніки виготовлення. Наприклад, IBM оголосила про продовження розробки суперпровідних Кубітів із покращеними обробками поверхні та інженерії субстратів, щоб зменшити декогерентність та дефекти двохрівневих систем (TLS). Аналогічно, Google Quantum AI досліджує спеціальні гетероструктурні інтерфейси та передову літографію для подавлення джерел шуму, що безпосередньо впливає на рівні помилок логічних Кубітів.
Ще однією важливою сферою є інтеграція нових матеріалів для топологічних Кубітів, які обіцяють внутрішню стійкість до помилок. Microsoft продовжує інвестувати в платформи гібридних напівпровідників-суперпроводників, з недавнім прогресом у досягненні однорідності матеріалів і масштабованих виходів пристроїв. Ці досягнення могли б, із середини 2020-х, дозволити надійніші кодекси QEC з меншими накладними витратами.
З боку постачання послідовності, співпраця між розробниками квантового обладнання та фахівцями в матеріалах посилюється. Oxford Instruments та Bluefors постачають кріогенні та системи нанесення, що спеціально адаптовані для синтезу ультрачистих матеріалів і контролю інтерфейсів, що є критично важливими для відтворюваної роботи QEC.
Дивлячись вперед до 2030 року, перспективи для інженерії матеріалів QEC включають:
- Масштабування виготовлення масивів Кубітів з високою когерентністю з використанням субстратів, спроектованих з дефектами та технологій епітаксійного росту.
- Актуалізація нових 2D матеріалів та методів пасивації поверхонь для подовження термінів життя Кубітів та скорочення корельованих джерел помилок, що досліджуються Rigetti Computing у нещодавніх прототипах.
- Поява квантових заводів, що спеціалізуються на матеріалах, оптимізованих для QEC, що прискорює технологічний трансфер від досліджень до комерційних квантових процесорів.
Руйнуючі зміни можуть виникати з несподіваних проривів в синтезі матеріалів або від міжгалузевих партнерств, таких як ті, що між семівими гігантами та квантовими стартапами. Оскільки дорожні карти квантового обладнання стають все більш амбітними, інженерія матеріалів для QEC є визначальним фактором у визначенні технологій, що досягнуть масштабної, практичної квантової переваги до 2030 року.
Джерела та посилання
- IBM Corporation
- Rigetti Computing
- Quantinuum
- Infineon Technologies AG
- Національний інститут стандартів і технологій (NIST)
- Quantinuum
- Oxford Instruments
- Microsoft
- IonQ
- Інститут Пола Шеррера
- IonQ
- Pasqal
- IEEE
- QNAMI
- Google Quantum AI
- Bluefors
