Calculatoare cuantice care sunt de fapt utile cu un pas mai aproape datorită noului procesor de siliciu care ar putea împacheta milioane de qubiți

Oamenii de știință spun că au atins „un punct critic de inflexiune” după ce au dezvoltat o tehnologie care face procesoarele cuantice pe bază de siliciu mai viabile.

Compania de calcul cuantic Equal1 a creat o unitate de procesare cuantică (QPU) care poate fi construită folosind procese convenționale de fabricare a semiconductorilor. Acest lucru anulează complexitatea și cheltuielile implicate de obicei cu producerea procesoarelor cuantice folosind materiale exotice sau tehnici complicate.

Compania a dezvoltat, de asemenea, ceea ce reprezentanții au numit „cel mai complex cip de control cuantic dezvoltat până în prezent”. Acest lucru poate funcționa la temperaturi foarte scăzute și deschide calea pentru milioane de qubiți pe un singur cip – ceea ce înseamnă că poate gestiona un număr mare de biți cuantici de informații simultan, menținându-i stabili și precisi pentru calcule.

În schimb, cele mai puternice cipuri cuantice de astăzi găzduiesc doar mii de qubiți și sunt construite cu supraconductori, toți necesitând răcire până aproape de zero absolut pentru a efectua calcule cuantice.

Combinate, noile tehnologii „prevăd calea pentru următoarea fază a calculul cuantic și să demonstrăm că cea mai rapidă modalitate de scalare este de a valorifica infrastructura existentă de siliciu”, au spus reprezentanții Equal1 într-un declaraţie.

Impracticități cuantice

Construirea de cipuri cuantice este un proces notoriu de dificil și costisitor. Spre deosebire de cipurile obișnuite de computer, care se bazează pe biți binari pentru a procesa informații ca 1 sau 0, cipurile cuantice folosesc qubițicare se bazează pe principiile de mecanica cuantică.

Qubiții au proprietăți speciale care le permit să existe în mai multe stări simultan – un fenomen numit suprapunere – și să lucreze împreună în moduri în care biții tradiționali nu pot printr-un proces numit incurcarea. Procesarea paralelă rezultată permite computerelor cuantice să rezolve probleme cu mult peste capacitățile sistemelor clasice.

Cu toate acestea, qubiții sunt incredibil de fragili. Ele funcționează doar atunci când sunt menținute într-o stare de coerență, adică își mențin starea cuantică suficient de mult pentru a efectua calcule. Coerența este ușor perturbată de factorii de mediu, cum ar fi schimbările de temperatură sau zgomotul electromagnetic – de unde necesitatea unor temperaturi extrem de scăzute, pentru a evita interferențele.

Înrudit: Vom avea vreodată laptopuri cuantice?

De obicei, cipurile cuantice sunt, de asemenea, realizate folosind materiale exotice sau personalizate, cum ar fi metalele supraconductoare, care necesită procese de fabricație costisitoare și complexe. Inovația lui Equal1 este utilizarea sa de siliciu – unul dintre cele mai abundente și utilizate pe scară largă materiale în industria semiconductoarelor.

Siliciul oferă un mediu stabil pentru qubiți, în special atunci când se utilizează un amestec de materiale numit siliciu germaniu (SiGe). Într-un studiu publicat pe 2 decembrie în baza de date preprint arXivOamenii de știință Equal1 au explicat că SiGe combină stabilitatea siliciului cu capacitatea germaniului de a îmbunătăți performanța electronică, făcându-l bine potrivit pentru aplicații cuantice. Mai important, cipurile SiGe pot fi produse folosind aceleași procese și fabrici care sunt deja utilizate pentru fabricarea cipurilor de computer tradiționale, potențial producând procesoare cuantice. mai ieftin și mai ușor de scalat.

Reprezentanții Equal1 au declarat că matricea sa SiGe de 6 qubiți – care este partea cipului în care sunt creați și controlați qubiții – a făcut progres în două domenii cheie: precizia operațiunilor cu porți cuantice și viteza cu care sunt efectuate acele operațiuni.

Mai exact, cipul a demonstrat o fidelitate a porții cu un singur qubit de 99,4% cu o viteză de funcționare de 84 de nanosecunde și o fidelitate a porții de doi qubit de 98,4% cu o viteză de 72 nanosecunde. Precizia ridicată, sau fidelitatea, în porțile cuantice minimizează erorile în calcule, în timp ce vitezele mai mari ale porții reduc riscul ca qubiții să-și piardă proprietățile cuantice în timpul operațiunilor. Acești factori determina acuratețea calculelor cuantice și capacitatea qubiților de a-și menține stările cuantice suficient de mult pentru a finaliza operațiuni complexe.

„Acest rezultat demonstrează beneficiul masiv al qubitilor de siliciu – capacitatea de a atinge performanța necesară pentru scalare în două domenii cheie – fidelitatea și viteza porților cuantice”. Nodar Samkharadze, arhitect cuantic șef la Equal1, a declarat în declarație.

O învârtire

Pentru a asigura operațiuni cuantice fiabile, dispozitivul lui Equal1 folosește „spin qubits”. Spin qubiții codifică informații în starea de spin a unui electron. În studiul lor, oamenii de știință au spus că qubiții de spin sunt deosebit de potriviți pentru integrarea cu siliciu, deoarece siliciul oferă un mediu stabil pentru spinurile electronilor. Acest lucru reduce riscul ca qubiții să-și piardă proprietățile cuantice delicate din cauza interferențelor din jur.

Equal1 a dezvoltat, de asemenea, un cip de control cuantic care utilizează o arhitectură cu mai multe plăci; acest design împarte un cip în mai multe plăci care pot funcționa semi-independent. Această arhitectură este cheia pentru scalarea sistemelor cuantice, deoarece permite ca funcțiile de control să fie distribuite pe cip, evitând blocajele care pot apărea atunci când te bazezi pe o singură unitate de procesare.

Controlerul funcționează la 300 mlikelvin – o temperatură chiar peste zero absolut — ceea ce îi permite să gestioneze eficient qubiții, menținând în același timp condițiile necesare pentru coerență. Reprezentanții Equal1 au spus că controlerul dispune și de tehnologie de corectare a erorilor bazată pe inteligența artificială (AI), permițând ajustări în timp real care mențin stabilitatea și acuratețea operațiunilor cuantice.

„Astăzi marchează un punct critic de inflexiune pentru Equal1 și industria de calcul cuantic”, a adăugat Elena Blokhina, directorul științific al companiei, în declarație. „Equal1 a crezut întotdeauna că siliciul este vehiculul pentru scalarea calculatoarelor cuantice și astăzi, cu aceste rezultate de top qubit și cip de control, am făcut un pas major către această viziune.”