Nyopfundet enhed kan styre tusindvis af qubits

Et hold af videnskabsmænd og ingeniører fra University of Sydney og Microsoft Corporation (MSFT ) har arbejdet sammen om at udvikle en ny enhed, der har store implikationer for kvantecomputering. Den enkelt chip kan operere 40 gange koldere end dybt rum, og den er i stand til at styre signaler for tusindvis af qubits, som er de grundlæggende byggesten for kvantecomputere.

Resultaterne blev offentliggjort i Nature Electronics. 

Professor David Reilly er den ansvarlige for designet af chippet. Han har en delt stilling ved University of Sydney og Microsoft.

“For at realisere potentialet for kvantecomputering, skal maskinerne kunne operere med tusindvis, hvis ikke millioner, af qubits,” sagde Professor Reilly. 

“Verdens største kvantecomputere opererer i øjeblikket kun med omkring 50 qubits,” fortsatte han. “Dette små skala er delvist på grund af begrænsninger i den fysiske arkitektur, der styrer qubits. Vores nye chip afslutter disse begrænsninger.”

Kvantesystemer

En af de vigtigste krav til et effektivt kvantesystem er, at qubits skal operere ved temperaturer omkring nul, eller -273,15 grader. Årsagen til dette temperaturkrav er, så qubits ikke mister deres karakter af stof eller lys, som er nødvendigt for kvantecomputere til at udføre specialiserede applikationer. 

En af årsagerne til, at kvantesystemer ofte involverer mange ledninger, er, at de opererer på basis af instruktioner, som kommer i form af elektriske signaler, der sendes og modtages.

Professor Reilly er også Chief Investigator ved ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS). 

“Nuværende maskiner skaber en smuk array af ledninger til at styre signalerne; de ligner en omvendt forgylt fuglenæs eller en lysekrone. De er smukke, men fundamentalt upraktiske. Det betyder, at vi ikke kan skala maskinerne op til at udføre nyttige beregninger. Der er en reel input-output flaskehals,” sagde Professor Reilly.

Ifølge Dr. Kushal Das, Microsoft Senior Hardware Engineer og medopfinder af enheden, “Vores enhed gør det af med alle disse kabler. Med kun to ledninger, der transporterer information som input, kan den generere styresignaler for tusindvis af qubits. Dette ændrer alt for kvantecomputering.”

Microsoft Quantum Laboratories

Den nye chip blev opfundet på Microsoft Quantum Laboratories, som er beliggende ved University of Sydney. Partnerskabet bringer to forskellige verdener sammen for at komme med innovative tilgange til ingeniørudfordringer.

“At bygge en kvantecomputer er måske den mest udfordrende ingeniørtask i det 21. århundrede. Dette kan ikke opnås ved at arbejde med et lille hold i et universitetslaboratorium i et enkelt land, men kræver skalaen, som en global tech-gigant som Microsoft kan tilbyde,” sagde Professor Reilly.

“Gennem vores partnerskab med Microsoft, har vi ikke kun foreslået en teoretisk arkitektur for at overvinde input-output flaskehalsen, men har bygget den.

“Vi har demonstreret dette ved at designe en brugerdefineret siliciumchip og koblet den til et kvantesystem,” sagde han. “Jeg er sikker på, at dette er den mest avancerede integrerede kreds, der nogensinde er bygget til at operere ved dybe kryogene temperaturer.”

Den nyligt udviklede chip kunne spille en stor rolle i at fremme kvantecomputere, som er en af de mest revolutionerende teknologier inden for vores rækkevidde. Kvantecomputere er ekstremt avancerede i deres evne til at løse problemer, som klassiske computere ikke kan, såsom dem inden for kryptografi, medicin, AI og mere.