Oamenii de știință au dezvoltat un nou tip de cip de computer care elimină un obstacol major pentru practic Calculatoare cuantice, făcând posibilă pentru prima dată pentru a plasa milioane de Qubits și sistemele lor de control pe același dispozitiv.
Noul cip de control funcționează la temperaturi criogene aproape de Absolut Zero (aproximativ minus 459.67 grade Fahrenheit, sau minus 273,15 grade Celsius) și, în mod crucial, pot fi plasate aproape de Qubits fără a -și perturba starea cuantică.
“Acest rezultat a fost de mai bine de un deceniu în derulare, creând cunoștințe pentru proiectarea sistemelor electronice care disipuează cantități minuscule de energie și funcționează aproape de zero absolut”, cercetătorul principal David Reillya spus profesor la Universitatea din Sydney Nano Institute și Școala de Fizică, într -o declarație.
Oamenii de știință au descris rezultatul ca o „dovadă vitală a principiului” pentru integrarea componentelor cuantice și clasice în același cip – un pas major către tipul de procesoare practice, scalabile, necesare pentru ca calcularea cuantică să fie o realitate. Cercetătorii și -au publicat concluziile pe 25 iunie în revista Nature.
Qubits -urile sunt cuantic echivalent al bițiilor binare găsite în calculatoarele clasice de astăzi. Cu toate acestea, în cazul în care un bit clasic poate reprezenta fie 0 sau 1, un qubit poate exista într -un “suprapunere„Din ambele state. Acest lucru permite computerelor cuantice să efectueze mai multe calcule în paralel, ceea ce le face capabile să rezolve problemele mult peste atingerea calculatoarelor de astăzi.
Spin Qubits, un tip de qubit care codifică informațiile din starea de rotire a unui electron, au stârnit interesul oamenilor de știință pentru că ei poate fi construit folosind Tehnologia complementară de metal-oxid-s-semiconductor (CMOS).
Acesta este același proces utilizat pentru fabricarea jetoanelor găsite în smartphone -uri și computere moderne. În teorie, acest lucru face ca qubit -urile de spin să fie mult mai ușor de produs la scară, deoarece alunecă în metode normale de fabricație.
Alte computere cuantice folosesc diferite tipuri de qubits, inclusiv superconductor, Fotonic sau ion prins Qubits. Spre deosebire de aceste alte tipuri, qubit -urile de spin pot fi realizate la scară masivă folosind echipamentele existente.
Cu toate acestea, qubiturile de rotire trebuie să fie păstrate la temperaturi sub 1 Kelvin (chiar peste zero absolut) pentru a păstra „coerența”. Aceasta este capacitatea unui qubit de a menține superpoziția și îmbrăcăminte în timp și ce este necesar pentru a debloca puterea de procesare paralelă care face ca calculul cuantic să fie atât de promițător. Qubit -urile de spin au, de asemenea, nevoie de echipamente electronice pentru a măsura și controla activitatea lor.
„Acest lucru ne va duce de pe tărâmul computerelor cuantice fiind mașini de laborator fascinante până la stadiul în care putem începe să descoperim problemele din lumea reală pe care aceste dispozitive le pot rezolva pentru umanitate”, a adăugat Reilly.
Drumul către un singur cip de milion de ani
Integrarea electronicelor necesare pentru controlul și măsurarea qubit -urilor de rotire a reprezentat de mult timp o provocare, deoarece chiar și cantități mici de căldură sau interferențe electrice pot perturba starea cuantică fragilă a qubiturilor.
Dar acest nou cip CMOS personalizat este proiectat să funcționeze în medii criogene și la niveluri ultra-scăzute, ceea ce înseamnă că poate fi integrat pe un cip alături de Qubits, fără a introduce zgomot termic sau electric care altfel ar întrerupe coerența.
În teste, cercetătorii au efectuat operațiuni de poartă cu o singură poartă și cu două qubit, cu cipul de control poziționat mai puțin de 1 milimetru (0,04 inci) de la qubits. Chip de control nu a introdus niciun zgomot electric măsurabil și nu a provocat nicio scădere a preciziei, stabilității sau coerenței, au spus cercetătorii.
În plus, cipul de control a consumat doar 10 microwati (0,00001 wați) de putere în total, cu componentele analogice – utilizate pentru a controla qubit -urile cu impulsuri electrice – folosind 20 de nanowati (0,00000002 wați) pe megahertz.
“Acest lucru validează speranța că, într -adevăr, qubiturile pot fi controlate la scară, integrând electronice complexe la temperaturi criogene”, a spus Reilly.
„Acest lucru ne va duce de pe tărâmul computerelor cuantice fiind mașini de laborator fascinante până la stadiul în care putem începe să descoperim problemele din lumea reală pe care aceste dispozitive le pot rezolva pentru umanitate”, a adăugat el.
“Vedem multe alte utilizări diverse pentru această tehnologie, care se întind pe sisteme de detectare pe termen scurt până la centrele de date ale viitorului.”
Rezultatele ar putea determina mai mulți cercetători să exploreze puterea qubit -urilor de rotire.
„Acum că am arătat că controlul Milli-Kelvin nu degradează performanța porților cuantice cu un singur și două sume, ne așteptăm ca mulți să ne urmeze plumbul”, coautor al studiului Kushal DasÎn declarație, a declarat inginer hardware senior la Emergence Quantum și un cercetător la Universitatea din Sydney care a proiectat cipul.
“Din fericire pentru noi, acest lucru nu este atât de ușor, dar necesită ani de zile pentru a construi know-how-ul și expertiza pentru a proiecta electronice criogene cu zgomot redus, care au nevoie doar de cantități minuscule de putere.”