[ad_1]
Komputery kwantowe mogą rozwiązać niektóre z najtrudniejszych problemów na świecie, ale tylko wtedy, gdy uda nam się je odpowiednio rozbudować. Nowa modułowa konstrukcja chipów kwantowych może sprawić, że budowanie komputerów kwantowych na dużą skalę stanie się znacznie bardziej wykonalne.
Chociaż poczyniono znaczne postępy w budowaniu coraz większych procesorów kwantowych, technologia ta jest wciąż o lata świetlne od skali obserwowanej w konwencjonalnych chipach komputerowych.
Nieodłączna kruchość większości technologii kubitowych w połączeniu ze złożonymi systemami kontroli wymaganymi do manipulowania nimi oznacza, że wiodące komputery kwantowe oparte na nadprzewodzących kubitach dopiero przekroczyły granicę 1000 kubitów.
Nowa platforma zaprojektowana przez inżynierów z MIT i MITRE Corporation może jednak stanowić bardziej skalowalne rozwiązanie. W niedawnym artykule w NatureWbudowali oni ponad 4000 kubitów wykonanych z drobnych defektów w diamentach w układ scalony, który posłużył do ich kontrolowania. Naukowcy twierdzą, że w przyszłości kilka z tych tak zwanych „systemów kwantowych na chipie” może zostać połączonych za pomocą sieci optycznych w celu stworzenia komputerów kwantowych na dużą skalę.
„Będziemy potrzebować dużej liczby kubitów i doskonałej kontroli nad nimi, aby naprawdę wykorzystać moc systemu kwantowego i uczynić go użytecznym”, powiedział główny autor Linsen Li z MIT w artykule komunikacie prasowym. „Proponujemy zupełnie nową architekturę i technologię produkcji, która może spełnić wymagania skalowalności systemu sprzętowego dla komputera kwantowego”.
Defekty w diamentach znane jako centra kolorów są obiecującymi kandydatami na kubity, ponieważ utrzymują swoje stany kwantowe znacznie dłużej niż konkurencyjne technologie i mogą być splątane z odległymi kubitami za pomocą sygnałów świetlnych. Co więcej, są to systemy półprzewodnikowe kompatybilne z konwencjonalną produkcją elektroniki.
Jedną z głównych wad jest to, że centra kolorów diamentów nie są jednolite. Informacje są przechowywane we właściwości kwantowej znanej jako „spin”, ale naukowcy używają sygnałów optycznych do manipulowania lub odczytywania kubitów. Częstotliwość światła wykorzystywanego przez poszczególne centra kolorów może się znacznie różnić. W pewnym sensie jest to korzystne, ponieważ można je traktować indywidualnie, ale sprawia również, że kontrolowanie dużej ich liczby jest trudne.
Naukowcy poradzili sobie z tym problemem, integrując swoje kubity z chipem, który może przykładać do nich napięcie. Następnie mogą wykorzystać te napięcia do dostrojenia częstotliwości kubitów. Umożliwia to dostrojenie wszystkich 4000 do tej samej częstotliwości i pozwala na połączenie każdego kubitu z każdym innym.
„Konwencjonalne założenie w tej dziedzinie jest takie, że niejednorodność centrum koloru diamentu jest wadą” – powiedział Dirk Englund z MIT w komunikacie prasowym. „Jednak my przekształcamy to wyzwanie w zaletę, wykorzystując różnorodność sztucznych atomów: Każdy atom ma swoją własną częstotliwość widmową. Dzięki temu możemy komunikować się z poszczególnymi atomami, dostrajając je napięciowo do rezonansu z laserem, podobnie jak dostrajając pokrętło w małym radiu”.
Kluczem do przełomu była nowatorska technika produkcji, która pozwoliła zespołowi stworzyć 64 „mikrochiplety kwantowe” – małe kawałki diamentu z wieloma centrami kolorów – które następnie zostały umieszczone w gniazdach układów scalonych.
Mówią, że podejście to można zastosować do innych półprzewodnikowych technologii kwantowych i przewidują, że ostatecznie osiągną gęstość kubitów porównywalną z gęstością tranzystorów występującą w konwencjonalnej elektronice.
Jednak zespół nie wykorzystał jeszcze urządzenia do jakichkolwiek obliczeń. Pokazują, że mogą skutecznie przygotowywać i mierzyć stany spinowe, ale wciąż jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim będą mogli uruchamiać algorytmy kwantowe na urządzeniu.
Nie są oni jedynymi, którzy montują dużą liczbę kubitów, które nie potrafią jeszcze zbyt wiele. Na początku tego roku naukowcy z Caltech poinformowali, że stworzyli szereg 6 100 „neutralno-atomowych” kubitów.
Niemniej jednak, ta wysoce skalowalna architektura modułowa jest bardzo obiecująca, jeśli chodzi o przybliżenie nas do milionów kubitów potrzebnych do osiągnięcia prawdziwej obietnicy technologii.
Źródło zdjęcia: Sampson Wilcox i Linsen Li, RLE
[ad_2]