Australialaiset insinöörit ovat löytäneet uuden tavan ohjata tarkasti yksittäisiä elektroneja, jotka sijaitsevat logiikkaportteja ohjaavissa kvanttipisteissä. Lisäksi uusi mekanismi on vähemmän tilaa vievä ja vaatii vähemmän osia, mikä voi osoittautua välttämättömäksi suuren mittakaavan piikvanttitietokoneiden tekemiseksi todeksi.
Kvanttilaskentaa käynnistävän Diraqin ja UNSW Sydneyn insinöörien tekemä hurja löytö on kuvattu yksityiskohtaisesti lehdessä. Luonnon nanoteknologia.
"Tämä oli täysin uusi vaikutus, jota emme olleet koskaan ennen nähneet ja jota emme aluksi täysin ymmärtäneet", sanoi johtava kirjoittaja tohtori Will Gilbert, kvanttiprosessoriinsinööri Diraqissa, UNSW:n Sydneyssä sijaitsevassa spin-off-yrityksessä. kampus. "Mutta kävi nopeasti selväksi, että tämä oli uusi tehokas tapa hallita kvanttipisteen kierroksia. Ja se oli erittäin jännittävää.”
Logiikkaportit ovat kaiken laskennan perusrakennuspalikka; ne mahdollistavat "bittien" - tai binäärinumeroiden (0:t ja 1:t) - työskennellä yhdessä tietojen käsittelemiseksi. Kvanttibitti (tai kubitti) on kuitenkin olemassa molemmissa näissä tiloissa kerralla, ehto, joka tunnetaan nimellä "superpositio". Tämä mahdollistaa lukuisia laskentastrategioita – jotkin eksponentiaalisesti nopeampia, toiset toimivat samanaikaisesti – jotka ovat klassisten tietokoneiden ulkopuolella. Qubitit itse koostuvat "kvanttipisteet”, pieniä nanolaitteita, jotka voivat vangita yhden tai muutaman elektronin. Elektronien tarkka ohjaus on välttämätöntä laskennan suorittamiseksi.
Diraq-insinöörit ovat löytäneet uuden tavan ohjata tarkasti yksittäisiä elektroneja, jotka sijaitsevat logiikkaportteja ohjaavissa kvanttipisteissä, mikä tuo miljardin kubitin kvanttisirujen saavuttamisen todellisuutta lähemmäksi. Lisäksi uusi mekanismi on vähemmän tilaa vievä ja vaatii vähemmän osia, mikä voi osoittautua välttämättömäksi suuren mittakaavan piikvanttitietokoneiden tekemiseksi todeksi. Luotto: Diraq
Käytä sähkökenttiä magneettikenttien sijaan
Tohtori Tuomo Tanttu törmäsi omituiseen ilmiöön, kun hän kokeili erilaisia geometrisia yhdistelmiä, joiden koko on vain metrin miljardisosia ja jotka ohjaavat kvanttipisteitä, sekä erilaisia pieniä magneetteja ja antenneja, jotka ohjaavat niiden toimintaa.
"Yritin käyttää todella tarkasti kahden kubitin porttia, iteroin useilla eri laitteilla, hieman erilaisilla geometrioilla, erilaisilla materiaalipinoilla ja erilaisilla ohjaustekniikoilla", muistelee tohtori Tanttu, mittausinsinööri Diraqista. "Sitten tämä outo huippu ponnahti. Näytti siltä, että yhden kubitin pyörimisnopeus kiihtyi, mitä en ollut koskaan nähnyt neljään vuoteen näiden kokeiden aikana.
Insinöörit ymmärsivät myöhemmin, että se, mitä hän oli löytänyt, oli uusi tapa manipuloida yksittäisen ihmisen kvanttitilaa. kubitti käyttämällä sähkökenttiä aikaisemmin käyttämien magneettikenttien sijaan. Löydön tekemisestä vuonna 2020 lähtien insinöörit ovat parantaneet tekniikkaa – siitä on tullut toinen työkalu heidän arsenaalissaan täyttääkseen Diraqin tavoitteen rakentaa miljardeja kubitteja yhdelle sirulle.
Taiteilijakonsepti yhdestä kvanttipisteessä pidetystä kubitista kääntyy vastauksena mikroaaltosignaaliin. Luotto: Tony Melov
"Tämä on uusi tapa manipuloida kubitteja, ja sen rakentaminen on vähemmän tilaa vievää – sinun ei tarvitse valmistaa kobolttimikromagneetteja tai antennia aivan kubittien viereen ohjausvaikutuksen luomiseksi", Gilbert sanoi. ”Se poistaa tarpeen sijoittaa ylimääräisiä rakenteita jokaisen portin ympärille. Joten sotkua on vähemmän."
Yksittäisten elektronien ohjaaminen häiritsemättä muita lähellä olevia on olennaista kvanttiinformaation käsittelyssä piissä. On olemassa kaksi vakiintunutta menetelmää: "elektronin spin-resonanssi” (ESR) käyttämällä mikroaaltoantennia; ja sähköinen dipolispin resonanssi (EDSR), joka perustuu indusoituun gradienttiin magneettikenttä. Äskettäin löydetty tekniikka tunnetaan nimellä "intrinsic spin-orbit EDSR".
"Normaalisti suunnittelemme mikroaaltoantennimme tuottamaan puhtaasti magneettikenttiä", sanoi tohtori Tanttu. "Mutta tämä erityinen antennirakenne synnytti enemmän sähkökenttää kuin halusimme - ja se osoittautui onnekkaaksi, koska löysimme uuden tehosteen, jota voimme käyttää kubittien manipulointiin. Se on serendipity sinulle."
Lintuperspektiivistä yksi Diraqin laboratorioista Sydneyssä, Australiassa. Luotto: Shaun Dougherty
Discovery tuo piikvanttilaskentaa lähemmäksi
"Tämä on uuden mekanismin helmi, joka vain lisää sitä patentoitua teknologiaa, jota olemme kehittäneet viimeisten 20 vuoden tutkimuksen aikana", sanoi professori Andrew Dzurak, Diraqin toimitusjohtaja ja perustaja sekä UNSW:n kvanttitekniikan professori. , joka johti tiimiä, joka rakensi ensimmäisen kvanttilogiikkaportin silikonista vuonna 2015.
"Se rakentuu työllemme tehdäksemme kvanttilaskennasta piin todellisuutta, joka perustuu olennaisesti samaan puolijohdekomponenttiteknologiaan kuin olemassa olevat tietokonesirut, sen sijaan, että luottaisimme eksoottisiin materiaaleihin", hän lisäsi. "Koska se perustuu samaan CMOS-tekniikkaan kuin nykypäivän tietokoneteollisuus, lähestymistapamme helpottaa ja nopeuttaa laajentamista kaupalliseen tuotantoon ja saavuttaa tavoitteemme valmistaa miljardeja kubitteja yksi siru"
CMOS (tai täydentävä metallioksidipuolijohde, lausutaan "see-moss") on valmistusprosessi nykyaikaisten tietokoneiden ytimessä. Sitä käytetään kaikenlaisten integroitujen piirien komponenttien valmistukseen - mukaan lukien mikroprosessorit, mikro-ohjaimet, muistisirut ja muut digitaaliset logiikkapiirit sekä analogiset piirit, kuten kuvaanturit ja datamuuntimet.
Kuva yhdestä kubitista, kun ir alkaa kiihtyä vastauksena mikroaaltosignaaliin, ja elektroni alkaa räjähtää kvanttipisteessä. Luotto: Tony Melov
Kvanttitietokoneen rakentamista on kutsuttu "21. vuosisadan avaruuskilpailuksi" – vaikeaksi ja kunnianhimoiseksi haasteeksi, joka voi tarjota vallankumouksellisia työkaluja muuten mahdottomien laskelmien ratkaisemiseen, kuten monimutkaisten lääkkeiden ja kehittyneiden materiaalien suunnitteluun tai nopeaan etsintään. massiivisista, lajittelemattomista tietokannoista.
"Ajattelemme usein Kuuhun laskeutumista ihmiskunnan suurimmana teknologisena ihmeenä", sanoi Dzurak. "Mutta totuus on, että nykypäivän CMOS-sirut – miljardeja käyttölaitteita integroituneena toimimaan kuin sinfonia ja joita kuljetat taskussasi – ovat hämmästyttävä tekninen saavutus, joka on mullistanut nykyajan elämän. Kvanttilaskenta on yhtä hämmästyttävää."
Lähde: Uusi spin-ohjausmenetelmä tuo miljardin kubitin kvanttisirut lähemmäksi
