Oamenii de știință au creat o formă îmbunătățită, ultra-pură de siliciu, care ar putea fi într-o zi fundamentul pentru „qubit-uri cu spin de siliciu” extrem de fiabili în computerele cuantice puternice.
În timp ce biții din computerele clasice codifică datele fie ca 1, fie ca 0, qubiții intră calculatoare cuantice poate fi o suprapunere a acestor două stări, ceea ce înseamnă că pot atinge o stare cuantică cunoscută sub numele de „coerență” și să ocupe atât 1, cât și 0 în paralel în timpul procesării calculelor.
Aceste mașini ar putea fi mai puternice decât cele mai rapide supercalculatoare din lume dar ar avea nevoie de aproximativ un milion de qubiți pentru a realiza acest lucru, au spus oamenii de știință. Cel mai mare computer cuantic are astăzi aproximativ 1.000 de qubiți.
Dar o provocare cheie cu calculul cuantic este că qubiții sunt „zgomotoși”, ceea ce înseamnă că sunt foarte predispuși la interferențe, cum ar fi schimbările de temperatură, și trebuie să fie răciți aproape. zero absolut. În caz contrar, pierd cu ușurință informații și eșuează la jumătatea operațiunilor.
Aceasta înseamnă că, chiar dacă am avea un computer cuantic cu milioane de qubiți, mulți dintre aceștia ar fi redundanți chiar și cu tehnologii de corectare a erorilorfăcând mașina extrem de ineficientă.
Atingând calculul cuantic de siliciu
Qubiții sunt în mod normal fabricați din metale supraconductoare precum tantalul și niobiul deoarece posedă conductivitate aproape infinită și rezistență aproape infinită.
Dar într-un nou studiu, publicat pe 7 mai în jurnal Materiale de comunicare în naturăcercetătorii au propus utilizarea unei forme noi, pure de siliciu – materialul semiconductor utilizat în computerele convenționale – ca bază pentru un qubit care este mult mai scalabil decât tehnologiile existente.
Construirea de qubiți din materiale semiconductoare precum siliciul, galiul sau germaniul are avantaje față de qubiții metalici supraconductori, conform compania de calcul cuantic QuEra. Timpii de coerență sunt relativ lungi, sunt ieftini de făcut, funcționează la temperaturi mai ridicate și sunt extrem de mici – ceea ce înseamnă că un singur cip poate conține un număr mare de qubiți. Dar impuritățile din materialele semiconductoare provoacă decoerență în timpul calculelor, ceea ce le face nefiabile.
În noul studiu, oamenii de știință au propus realizarea unui qubit din siliciu-28 (Si-28), pe care l-au descris drept „cel mai pur siliciu din lume”, după ce au îndepărtat impuritățile găsite în siliciul natural. Acești qubiți pe bază de siliciu ar fi mai puțin predispuși la eșec, au spus ei, și ar putea fi fabricați la dimensiunea unui cap de ac.
Siliciul natural este în mod normal format din trei izotopi sau atomi de mase diferite – Si-28, Si-29 și Si-30. Siliciul natural funcționează bine în calculul convențional datorită proprietăților sale metaloide, dar apar probleme atunci când îl utilizați în calculul cuantic.
Si-29 în special, care reprezintă 5% din siliciul natural, provoacă un „efect de flip-flopping nuclear” care duce la decoerență și pierderea de informații. În cadrul studiului, oamenii de știință au rezolvat acest lucru prin dezvoltarea unei noi metode de a produce siliciu fără atomi de Si-29 și Si-30.
Calcul cuantic mai ieftin, mai scalabil
„Ceea ce am reușit să facem este să creăm în mod eficient o „cărămidă” critică necesară pentru a construi un computer cuantic pe bază de siliciu”, principalul autor al studiului. Richard Curry, profesor de materiale electronice avansate la Universitatea din Manchester, a declarat într-un comunicat. „Este un pas crucial pentru a face fezabilă o tehnologie care are potențialul de a fi transformatoare pentru omenire”.
Componentele calculatoarelor cuantice pe bază de siliciu ar putea fi, teoretic, construite folosind aceleași metode utilizate pentru fabricarea cipurilor electronice clasice, care pot potrivi miliarde de tranzistori pe o placă de circuite mici, au spus oamenii de știință. Qubiții de siliciu, sau qubiții de spin de siliciu, nu sunt nimic nou, dar calitatea siliciului nu a fost niciodată la fel de pură, au adăugat ei, care este determinată pe baza testelor microscopice.
Qubiții pe bază de siliciu ar putea fi, de asemenea, fabricați mult mai ușor decât alte tipuri de qubit, datorită metodelor existente de fabricare a cipurilor. Și, prin urmare, computerele cuantice care le folosesc pot fi scalate la regiunea de milioane de qubit mult mai rapid decât metodele concurente, au spus cercetătorii.
„Acum că putem produce siliciu-28 extrem de pur, următorul nostru pas va fi să demonstrăm că putem susține coerența cuantică pentru mulți qubiți simultan”, co-supervizorul proiectului. David Jamieson, profesor de fizică la Universitatea din Melbourne, a declarat în declarație. „Un computer cuantic de încredere cu doar 30 de qubiți ar depăși puterea supercalculatoarelor de astăzi pentru unele aplicații”.