Νέα Συσκευή Ελέγχει Χιλιάδες Qubits

Μια ομάδα επιστημόνων και μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ και η Microsoft Corporation (MSFT ) συνεργάστηκαν για την ανάπτυξη μιας νέας συσκευής με μεγάλες επιπτώσεις για την κβαντική υπολογιστική. Το單ο chip μπορεί να λειτουργήσει 40 φορές ψυχρότερο από το διάστημα και είναι ικανό να ελέγχει σήματα για χιλιάδες qubits, τα οποία είναι τα βασικά δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο Nature Electronics.

Ο καθηγητής David Reilly είναι ο υπεύθυνος για το σχεδιασμό του chip. Έχει μια κοινή θέση στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ και τη Microsoft.

“Για να πραγματοποιήσουμε το δυναμικό της κβαντικής υπολογιστικής, οι μηχανές θα πρέπει να λειτουργήσουν χιλιάδες, αν όχι εκατομμύρια qubits,” είπε ο καθηγητής Reilly.

“Οι μεγαλύτεροι κβαντικοί υπολογιστές του κόσμου λειτουργούν目前 με μόλις 50 qubits,” συνέχισε. “Αυτή η μικρή κλίμακα οφείλεται εν μέρει στα όρια της φυσικής αρχιτεκτονικής που ελέγχει τα qubits. Το νέο μας chip τερματίζει αυτά τα όρια.”

Κβαντικά Συστήματα

Μια από τις основικές απαιτήσεις ενός αποτελεσματικού κβαντικού συστήματος είναι τα qubits να λειτουργούν σε θερμοκρασίες γύρω στο μηδέν, ή -273,15 βαθμοί. Ο λόγος για αυτήν την απαίτηση θερμοκρασίας είναι ώστε τα qubits να μην χάνουν το χαρακτήρα της ύλης ή του φωτός, το οποίο απαιτείται από τους κβαντικούς υπολογιστές για να εκτελέσουν εξειδικευμένες εφαρμογές.

Ένας από τους λόγους που τα κβαντικά συστήματα συχνά περιλαμβάνουν πολλά καλώδια είναι ότι λειτουργούν με βάση οδηγίες, οι οποίες έρχονται στη μορφή ηλεκτρικών σημάτων που στέλνονται και λαμβάνονται.

Ο καθηγητής Reilly είναι επίσης ο Chief Investigator στο ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS).

“Οι τρέχουσες μηχανές δημιουργούν ένα όμορφο πλέγμα καλωδίων για να ελέγξουν τα σήματα· μοιάζουν με ένα αναποδογυρισμένο χρυσό φτερό πουλιού ή κρυστάλλινο люστρο. Είναι όμορφα, αλλά θεμελιωδώς ακαδημαϊκά. Σημαίνει ότι δεν μπορούμε να κλιμακωθούμε τις μηχανές για να εκτελέσουμε χρήσιμους υπολογισμούς. Υπάρχει ένα πραγματικό εμπόδιο εισόδου-εξόδου,” είπε ο καθηγητής Reilly.

Σύμφωνα με τον Δρ. Kushal Das, Senior Hardware Engineer της Microsoft και συν-εφευρέτη της συσκευής, “Η συσκευή μας αφαιρεί όλα αυτά τα καλώδια. Με μόνο δύο καλώδια που μεταφέρουν πληροφορίες ως είσοδο, μπορεί να παράγει σήματα ελέγχου για χιλιάδες qubits. Αυτό αλλάζει τα πάντα για την κβαντική υπολογιστική.”

Εργαστήρια Κβαντικής Microsoft

Το νέο chip εφευρέθηκε στα Εργαστήρια Κβαντικής Microsoft, τα οποία βρίσκονται στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ. Η συνεργασία συνδυάζει τους δύο διαφορετικούς κόσμους για να αναπτύξει καινοτόμες προσεγγίσεις για τις μηχανικές προκλήσεις.

“Η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή είναι ίσως η πιο απαιτητική μηχανική πρόκληση του 21ου αιώνα. Αυτό δεν μπορεί να επιτευχθεί με μια μικρή ομάδα σε ένα πανεπιστημιακό εργαστήριο σε μια χώρα, αλλά χρειάζεται την κλίμακα που προσφέρει ένας παγκόσμιος τεχνολογικός γίγαντας όπως η Microsoft,” είπε ο καθηγητής Reilly.

“Μέσω της συνεργασίας μας με τη Microsoft, δεν έχουμε μόνο προτείνει μια θεωρητική αρχιτεκτονική για να ξεπεράσουμε το εμπόδιο εισόδου-εξόδου, αλλά την έχουμε κατασκευάσει.

“Έχουμε αποδείξει αυτό με το σχεδιασμό eines προσαρμοσμένου πυρήνα και την σύνδεσή του με ένα κβαντικό σύστημα,” είπε. “Είμαι βέβαιος ότι αυτό είναι το πιο προηγμένο ολοκληρωμένο κύκλωμα που έχει κατασκευαστεί ποτέ για να λειτουργήσει σε βαθιά κρυογενικές θερμοκρασίες.”

Η νεοαναπτυγμένη συσκευή θα μπορούσε να παίξει ένα σημαντικό ρόλο στην προώθηση των κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι είναι μια από τις πιο επαναστατικές τεχνολογίες στα χέρια μας. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά προηγμένοι στις ικανότητές τους να λύνουν προβλήματα που οι κλασικοί υπολογιστές δεν μπορούν, όπως αυτά στα πεδία της κρυπτογραφίας, της ιατρικής, του AI και πολλά άλλα.