Коллектив в составе аспиранта Дениса Увина, научного сотрудника Михаила Черосова, инженера Максима Кузнецова, научного сотрудника Дмитрия Фролова в лаборатории «Квантовые симуляторы» под руководством доцента кафедры общей физики Института физики Казанского федерального университета Руслана Батулина разработал интегрированный вакуумный датчик для аппаратного обеспечения платформы квантовых вычислений (электроны и ионы на криогенной подложке; представлена и контрольно-измерительная техника, а также методика калибровки).

За последнее десятилетие квантовые технологии достигли впечатляющего прогресса. Напомним, минувший год был объявлен ООН Международным годом квантовой науки и технологий в честь 100-летия квантовой механики. В некоторых областях, таких как квантовые сенсоры и квантовое распределение ключей, технологии переходят из стадии лабораторных условий в экономический сектор.

Среди многих платформ для квантовых вычислений электроны на поверхности криогенных подложек являются одной из самых сложных с точки зрения практической реализации. Однако масштабируемость до 107–108 кубитов на квадратный сантиметр (достижимая за счет современных технологий литографии и управления, основанного на технологии, описывающей взаимодействие света, обычно на микроволновых частотах, и материи, состоящей из сверхпроводящих элементов схемы или CQED) и высокая квантовая когерентность (обеспечиваемая за счет криогенной подложки при сверхнизких температурах) до сих пор являются сильными сторонами таких систем.

«Классические установки для изучения электронов на поверхности жидкого гелия в обязательном порядке включают источник электронов. В качестве него часто используют термоэмиссионный катод на основе вольфрамовой нити накала. Его размещают в герметичной криогенной ячейке, от степени вакуума и чистоты которой напрямую зависят успех и воспроизводимость дорогостоящих экспериментов, например, с использованием рефрижераторов или смесей с дорогими изотопами, такими как гелий-3, – ввел в курс Денис Увин. – Поскольку сборка ячейки проводится в атмосфере воздуха, перед экспериментом ее необходимо тщательно очистить и откачать до высокого вакуума. В связи с этим критически важным для стабильности опыта является контроль остаточного давления в ячейке с помощью вакуумного датчика».

Ключевой новизной предлагаемого подхода является использование одной и той же вольфрамовой нити накала не только в качестве источника электронов, но и в качестве чувствительного элемента для мониторинга вакуума. Статья о разработке опубликована в журнале Vacuum.

Вакуумный датчик высокоспециализирован под конкретную квантовую систему, поэтому он может быть использован при дальнейших разработках комплекса аппаратного обеспечения квантовых компьютеров на основе систем электронов на криогенных подложках.

«Разработка имеет двойной функционал и последовательно выполняет роли как источника электронов, так и контроля давления на промежуточных этапах», – подчеркнул Руслан Батулин.

В области физики сверхнизких температур использование герметичных ячеек и капиллярной линии конденсации имеет первостепенное значение для проведения экспериментов с электронами и ионами на криогенных подложках.

Работа была выполнена в рамках программы «Приоритет-2030».