Inovativní kvantový čip překonává hlavní překážku v oboru

Kvantoví fyzici z Univerzity v Kodani udělali velký pokrok v oblasti kvantové technologie a překonali jednu z hlavních překážek. Tým současně ovládal několik spinových qubitů na stejném kvantovém čipu, což povede k vývoji superpočítačů.

Jednou z hlavních překážek při dosažení velkého funkčního kvantového počítače je ovládání mnoha základních paměťových zařízení, nebo qubitů, současně. Když je ovládán jeden qubit, obvykle má negativní vliv současný ovládací impuls aplikovaný na jiný.

Tým, který překonal tuto výzvu, zahrnoval dvojici kvantových fyziků z Univerzity v Kodani, Niels Bohr Institute – PhD studenta a postdoka Frederica Fedeleho a asistenta profesora Anasuu Chatterjee. Oba pracovali v skupině asociálního profesora Ferdinanda Kuemmetha.

Studie byla publikována v časopise Physical Review X Quantum.

Nový přístup se spinovými qubits

Zatímco společnosti jako Google (GOOGL ) a IBM se zaměřily na technologii supravodičů pro kvantové procesory, výzkumná skupina se více zaměřuje na polovodičové qubity, nebo spinové qubity.

“Široce řečeno, skládají se z elektronových spinů zachycených v polovodičových nanostrukturách zvaných kvantové tečky, takže jednotlivé spinové stavy lze ovládat a propojit s ostatními,” říká Fedele.

Spinové qubity mohou udržet své kvantové stavy po dlouhou dobu, což potenciálně umožňuje rychlejší a přesnější výpočty než jiné typy platforem. Díky své miniaturní velikosti je možné na čip umístit mnohem více qubitů než u jiných přístupů. To je důležité s ohledem na fakt, že více qubitů znamená větší počítačový výkon.

Výzkumný tým byl schopen vyrobit a ovládat čtyři qubity v 2×2 matici na jednom čipu.

Získání komunikace mezi qubity

Podle Anasuy Chatterjee je jedním z nejvýznamnějších cílů získat komunikaci mezi qubity.

“Nyní, když máme nějaké docela dobré qubity, je cílem propojit je do obvodů, které mohou fungovat s mnoha qubity a zároveň být dostatečně složité, aby mohly korigovat kvantové výpočetní chyby,” říká Chatterjee. “Dosud se výzkum spinových qubitů dostal do fáze, kdy obvody obsahují matice 2×2 nebo 3×3 qubitů. Problém je, že jejich qubity jsou zpracovávány pouze jeden po druhém.”

Kvantový obvod vyvinutý týmem je vyroben z polovodičového materiálu gallium arsenid a není větší než velikost bakterie.

Chatterjee je jedním z dvou hlavních autorů studie.

“Nová a skutečně významná věc o našem čipu je, že můžeme současně ovládat a měřit všechny qubity. To nebylo nikdy předtím prokázáno se spinovými qubity – ani s mnoha jinými typy qubitů,” říká Chatterjee.

Pro provedení kvantových výpočtů je důležité ovládat a měřit současně. Qubity jsou velmi citlivé a když jsou měřeny jeden po druhém, i malý okolní šum může změnit kvantové informace v systému.

“Chceme-li získat více výkonné kvantové procesory, musíme nejen zvýšit počet qubitů, ale také počet současných operací, což je přesně to, co jsme udělali,” říká profesor Kuemmeth.

Další velkou výzvou je, že 48 ovládacích elektrod čipu musí být naladěny ručně a musí být neustále udržovány v nalazeném stavu. To je časově náročná úloha pro lidi, takže tým nyní hledá způsob, jak použít optimalizační algoritmy a strojové učení pro automatizaci procesu.