Επαναστατική Κβαντική Πλακέτα Αντιμετωπίζει einen Μεγάλο Εμπόδιο στο Πεδίο

Οι κβαντικοί φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης έχουν κάνει ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στην τεχνολογία κβαντικών υπολογιστών, αντιμετωπίζοντας ένα μεγάλο εμπόδιο. Η ομάδα λειτουργούσε ταυτόχρονα πολλαπλά σπιν κβαντικά bit σε μια κβαντική πλακέτα, που θα οδηγήσει σε υπερυπολογιστές.

Ένα από τα μεγάλα εμπόδια για την επίτευξη ενός μεγάλου λειτουργικού κβαντικού υπολογιστή είναι ο έλεγχος των πολλών βασικών συσκευών μνήμης, ή κβαντικά bit, ταυτόχρονα. Όταν ένα κβαντικό bit ελέγχεται, υπάρχει συνήθως μια αρνητική επίδραση από ταυτόχρονα ελεγχόμενα σήματα σε άλλα.

Η ομάδα που ανέτρεψε αυτή την πρόκληση περιελάμβανε ένα ζευγάρι κβαντικών φυσικών στο Ινστιτούτο Νιλς Μπορ του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης – τον φοιτητή διδάκτορα και μεταδιδάκτορα Φρεντερίκο Φεντελέ, και τον αναπληρωτή καθηγητή Ανασουά Τσάτερτζι. Οι δύο εργάζονταν στην ομάδα του αναπληρωτή καθηγητή Φέρντιναντ Κούεμεθ.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review X Quantum.

Νέα Προσέγγιση Με Σπιν Κβαντικά Bit

Ενώ εταιρείες όπως η Google (GOOGL ) και η IBM έχουν επικεντρωθεί στην τεχνολογία υπερ αγωγών για κβαντικούς επεξεργαστές, η ερευνητική ομάδα εξετάζει περισσότερο τις ημιαγωγικές κβαντικές συσκευές, ή σπιν κβαντικά bit.

“Γενικά, αποτελούνται από σπιν ηλεκτρονίων που παγιδεύονται σε ημιαγωγικές νανοδομές που ονομάζονται κβαντικές κουκκίδες, έτσι ώστε τα ατομικά σπιν να possono ελεγχθεί και να συναρμολογηθούν μεταξύ τους,” λέει ο Φεντελέ.

Τα σπιν κβαντικά bit μπορούν να διατηρήσουν τις κβαντικές τους καταστάσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα, γεγονός που μπορεί να τους επιτρέψει να thựcούν γρηγορότερες και πιο ακριβείς υπολογιστικές εργασίες από άλλα είδη πλατφόρμων. Λόγω του μικρού τους μεγέθους, πολλά περισσότερα από αυτά μπορούν να ταιριάζουν σε μια πλακέτα σε σύγκριση με άλλες προσεγγίσεις κβαντικών bit. Αυτό είναι σημαντικό, δεδομένου ότι περισσότερα κβαντικά bit οδηγούν σε μεγαλύτερη επεξεργαστική ισχύ.

Η ερευνητική ομάδα κατάφερε να κατασκευάσει και να λειτουργήσει τέσσερα κβαντικά bit σε一个 2×2 πίνακα σε μια μονή πλακέτα.

Γραμμή Επικοινωνίας Κβαντικών Bit

Σύμφωνα με την Ανασουά Τσάτερτζι, ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους είναι να κάνουν τα κβαντικά bit να επικοινωνούν μεταξύ τους.

“Τώρα που έχουμε κάποια αρκετά καλά κβαντικά bit, το όνομα του παιχνιδιού είναι να τα συνδέσουμε σε κυκλώματα που μπορούν να λειτουργήσουν πολλά κβαντικά bit, ενώ επίσης να είναι αρκετά σύνθετα για να μπορέσουν να διορθώσουν σφάλματα κβαντικών υπολογισμών,” λέει η Τσάτερτζι. “Μέχρι τώρα, η έρευνα για τα σπιν κβαντικά bit έχει φτάσει στο σημείο όπου τα κυκλώματα περιέχουν πίνακες 2×2 ή 3×3 κβαντικών bit. Το πρόβλημα είναι ότι τα κβαντικά bit τους αντιμετωπίζονται μόνο ένα προς ένα.”

Το κβαντικό κύκλωμα που αναπτύχθηκε από την ομάδα είναι κατασκευασμένο από την ημιαγωγική ουσία γαλλίου αρσενικού, και δεν είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος ενός βακτηρίου.

Η Τσάτερτζι είναι ένας από τους δύο βασικούς συγγραφείς της μελέτης.

“Το νέο και πραγματικά σημαντικό πράγμα για την πλακέτα μας είναι ότι μπορούμε να λειτουργήσουμε και να μετρήσουμε ταυτόχρονα όλα τα κβαντικά bit. Αυτό δεν έχει jamais αποδειχθεί πριν με σπιν κβαντικά bit — ούτε με πολλά άλλα είδη κβαντικών bit,” λέει η Τσάτερτζι.

Για να thựcούν κβαντικούς υπολογισμούς, είναι σημαντικό να λειτουργήσουμε και να μετρήσουμε ταυτόχρονα. Τα κβαντικά bit είναι πολύ ευαίσθητα, και όταν μετρήθηκαν ένα προς ένα, ακόμη και ένα μικρό θόρυβο περιβάλλοντος μπορεί να αλλάξει τις κβαντικές πληροφορίες σε ένα σύστημα.

“Για να πάρουμε πιο ισχυρούς κβαντικούς επεξεργαστές, πρέπει όχι μόνο να αυξήσουμε τον αριθμό των κβαντικών bit, αλλά και τον αριθμό των ταυτόχρονων λειτουργιών, που είναι ακριβώς αυτό που κάναμε,” λέει ο καθηγητής Κούεμεθ.

Ένα άλλο μεγάλο εμπόδιο είναι ότι τα 48 ηλεκτρόδια ελέγχου της πλακέτας πρέπει να ρυθμιστούν χειροκίνητα, και πρέπει να διατηρούνται συνεχώς ρυθμισμένα. Αυτό είναι μια χρονοβόρα εργασία για τους ανθρώπους, οπότε η ομάδα ψάχνει τώρα για έναν τρόπο να χρησιμοποιήσει αλγορίθμους βελτιστοποίησης και μηχανική μάθηση για να αυτοματοποιήσει τη διαδικασία.