Иновативен квантов чип преодолява големи пречки в областта

Квантовите физици от университета в Копенхаген направиха голям скок напред в областта на квантовата технология, преодолявайки голямо препятствие. Екипът едновременно работи с множество въртящи се кубити на един и същ квантов чип, което ще помогне за създаването на суперкомпютри.

Една от основните пречки пред постигането на голям функционален квантов компютър е контролът на многото основни устройства с памет, или qubits, едновременно. Когато един кубит се контролира, обикновено има отрицателен ефект от едновременни управляващи импулси, приложени към друг. 

Екипът, който преодоля това предизвикателство, включваше двойка квантови физици от Института Нилс Бор на университета в Копенхаген – докторант и постдоктор Фредерико Феделе и асистент професор Анасуа Чатърджи. Двамата работеха в групата на доц. Фердинанд Кюмет.

Изследването е публикувано в списание Физически преглед X Quantum.

Нов подход с Завъртете кубити

Докато компании като Google и IBM са се фокусирали върху свръхпроводниковата технология за квантови процесори, изследователската група гледа повече на полупроводникови кубити, или въртете кубити.  

„Най-общо казано, те се състоят от електронни завъртания, уловени в полупроводникови наноструктури, наречени квантови точки, така че отделните спинови състояния могат да бъдат контролирани и заплетени едно с друго“, казва Феделе.

Въртящите се кубити могат да поддържат своите квантови състояния за дълго време, което потенциално им позволява да извършват по-бързи и по-точни изчисления от други видове платформи. Поради миниатюрния им размер, много повече от тях могат да се поберат на чип в сравнение с други подходи на qubit. Това е важно предвид факта, че повече кубити води до по-голяма мощност на компютърна обработка. 

Изследователският екип успя да произведе и управлява четири кубита в масив 2 × 2 на един чип.

Накарайте Qubits да комуникират

Според Анасуа Чатърджи една от най-важните цели е кубитите да комуникират помежду си.

„Сега, когато имаме някои доста добри кубити, името на играта е да ги свържем във вериги, които могат да управляват множество кубити, като същевременно са достатъчно сложни, за да могат да коригират грешки в квантовите изчисления“, казва Чатърджи. „Досега изследванията на въртящите се кубити са стигнали до точката, в която веригите съдържат масиви от 2 × 2 или 3 × 3 кубити. Проблемът е, че техните кубити се обработват само един по един.

Квантовата верига, разработена от екипа, е направена от полупроводниковото вещество галиев арсенид и не е по-голяма от размера на бактерия.

Chaterjee е един от двамата водещи автори на изследването. 

„Новото и наистина важно нещо за нашия чип е, че можем едновременно да работим и измерваме всички кубити. Това никога не е било демонстрирано преди със спинови кубити – нито с много други видове кубити“, казва Чатърджи.

За да се извършват квантови изчисления, е важно да се работи и измерва едновременно. Кубитите са силно чувствителни и когато се измерват един по един, дори малък околен шум може да промени квантовата информация в системата. 

„За да получим по-мощни квантови процесори, трябва не само да увеличим броя на кубитите, но и броя на едновременните операции, което е точно това, което направихме“, казва професор Кюмет.

Друго голямо предизвикателство е, че 48-те контролни електрода на чипа трябва да се настройват ръчно и те трябва непрекъснато да бъдат настройвани. Това е трудоемка задача за хората, така че екипът сега търси начин да използва оптимизационни алгоритми и машинно обучение за автоматизиране на процеса.