Neu erfundenes Gerät kontrolliert Tausende von Qubits

Ein Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren der Universität Sydney und der Microsoft Corporation (MSFT ) haben zusammengearbeitet, um ein neues Gerät zu entwickeln, das große Auswirkungen auf die Quantencomputer-Technologie haben wird. Der einzelne Chip kann 40 Mal kälter als der Weltraum operieren und ist in der Lage, Signale für Tausende von Qubits zu kontrollieren, die die grundlegenden Bausteine von Quantencomputern sind.

Die Ergebnisse wurden in Nature Electronics veröffentlicht.

Professor David Reilly ist der Designer des Chips. Er hat eine gemeinsame Position an der Universität Sydney und Microsoft.

“Um das Potenzial der Quantencomputer zu realisieren, müssen Maschinen in der Lage sein, Tausende, wenn nicht Millionen von Qubits zu betreiben”, sagte Professor Reilly.

“Die größten Quantencomputer der Welt betreiben derzeit nur etwa 50 Qubits”, fuhr er fort. “Dieser kleine Maßstab ist teilweise auf die Grenzen der physikalischen Architektur zurückzuführen, die die Qubits kontrolliert. Unser neuer Chip beendet diese Grenzen.”

Quantensysteme

Eine der Hauptanforderungen an ein effizientes Quantensystem ist, dass Qubits bei Temperaturen um den Nullpunkt oder -273,15 Grad Celsius betrieben werden. Der Grund für diese Temperaturanforderung ist, dass die Qubits nicht ihre Materie- oder Lichtcharakteristik verlieren, die für Quantencomputer erforderlich ist, um spezielle Anwendungen auszuführen.

Einer der Gründe, warum Quantensysteme oft viele Kabel erfordern, ist, dass sie auf Anweisungen basieren, die in Form von elektrischen Signalen gesendet und empfangen werden.

Professor Reilly ist auch der Chief Investigator am ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS).

“Aktuelle Maschinen erstellen ein schönes Array von Kabeln, um die Signale zu kontrollieren; sie sehen aus wie ein umgekehrter, vergoldeter Vogelnest oder Kronleuchter. Sie sind hübsch, aber grundlegend unpraktisch. Es bedeutet, dass wir die Maschinen nicht aufskalieren können, um nützliche Berechnungen durchzuführen. Es gibt eine reale Ein-/Ausgabebottleneck”, sagte Professor Reilly.

Laut Dr. Kushal Das, Microsoft Senior Hardware Engineer und Mit-Erfinder des Geräts, “Unser Gerät eliminiert all diese Kabel. Mit nur zwei Kabeln, die Informationen als Eingabe übertragen, kann es Steuersignale für Tausende von Qubits generieren. Dies ändert alles für die Quantencomputer-Technologie.”

Microsoft Quantum Laboratories

Der neue Chip wurde in den Microsoft Quantum Laboratories erfunden, die sich an der Universität Sydney befinden. Die Partnerschaft bringt zwei verschiedene Welten zusammen, um innovative Ansätze für technische Herausforderungen zu entwickeln.

“Den Bau eines Quantencomputers zu realisieren, ist vielleicht die größte technische Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Dies kann nicht erreicht werden, indem man in einem kleinen Team in einem Universitätslabor in einem einzigen Land arbeitet, sondern es benötigt den Umfang, den ein globaler Technologiekonzern wie Microsoft bietet”, sagte Professor Reilly.

“Durch unsere Partnerschaft mit Microsoft haben wir nicht nur eine theoretische Architektur vorgeschlagen, um die Ein-/Ausgabebottleneck zu überwinden, sondern wir haben sie gebaut.

“Wir haben dies demonstriert, indem wir einen benutzerdefinierten Silizium-Chip entworfen und ihn an ein Quantensystem gekoppelt haben”, sagte er. “Ich bin zuversichtlich, dass dies der fortschrittlichste integrierte Schaltkreis ist, der jemals für den Betrieb bei tiefen Kryotemperatur entwickelt wurde.”

Der neu entwickelte Chip könnte eine wichtige Rolle bei der Weiterentwicklung von Quantencomputern spielen, die eine der revolutionärsten Technologien sind, die uns zur Verfügung stehen. Quantencomputer sind extrem fortschrittlich in ihrer Fähigkeit, Probleme zu lösen, die klassische Computer nicht lösen können, wie z.B. die in den Bereichen Kryptographie, Medizin, künstliche Intelligenz und mehr.