Η συσκευή που εφευρέθηκε πρόσφατα ελέγχει χιλιάδες Qubits

Μια ομάδα επιστημόνων και μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ και η Microsoft Corporation συνεργάστηκαν για να αναπτύξουν μια νέα συσκευή που έχει μεγάλες επιπτώσεις στον κβαντικό υπολογισμό. Το μεμονωμένο τσιπ μπορεί να λειτουργεί 40 φορές πιο κρύο από το βαθύ διάστημα και είναι ικανό να ελέγχει σήματα για χιλιάδες qubits, τα οποία είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στις Φύση Ηλεκτρονικά. 

Ο καθηγητής David Reilly είναι αυτός που είναι υπεύθυνος για το σχεδιασμό του τσιπ. Έχει κοινή θέση με το Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ και τη Microsoft.

«Για να συνειδητοποιήσουν τις δυνατότητες του κβαντικού υπολογισμού, οι μηχανές θα πρέπει να λειτουργούν χιλιάδες αν όχι εκατομμύρια qubits», δήλωσε ο καθηγητής Reilly. 

«Οι μεγαλύτεροι κβαντικοί υπολογιστές στον κόσμο λειτουργούν επί του παρόντος με μόλις 50 περίπου qubits», συνέχισε. «Αυτή η μικρή κλίμακα οφείλεται εν μέρει στα όρια της φυσικής αρχιτεκτονικής που ελέγχουν τα qubits. Το νέο μας τσιπ βάζει ένα τέλος σε αυτά τα όρια.”

Κβαντικά Συστήματα

Μία από τις κύριες απαιτήσεις ενός αποδοτικού κβαντικού συστήματος είναι τα qubits να λειτουργούν σε θερμοκρασίες γύρω στο μηδέν, ή -273.15 βαθμούς. Ο λόγος για αυτήν την απαίτηση θερμοκρασίας είναι ώστε τα qubits να μην χάνουν τον χαρακτήρα ύλης ή φωτός, κάτι που απαιτείται από τους κβαντικούς υπολογιστές για την εκτέλεση εξειδικευμένων εφαρμογών. 

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

Ο καθηγητής Reilly είναι επίσης ο επικεφαλής ερευνητής στο ARC Center for Engineered Quantum Systems (EQUS). 

«Τα τρέχοντα μηχανήματα δημιουργούν μια όμορφη σειρά καλωδίων για τον έλεγχο των σημάτων. μοιάζουν με ανεστραμμένη επιχρυσωμένη φωλιά πουλιών ή πολυέλαιο. Είναι όμορφα, αλλά ουσιαστικά ανέφικτα. Σημαίνει ότι δεν μπορούμε να κλιμακώσουμε τα μηχανήματα για να εκτελέσουμε χρήσιμους υπολογισμούς. Υπάρχει μια πραγματική συμφόρηση εισροών-εκροών», είπε ο καθηγητής Reilly.

Σύμφωνα με τον Δρ Kushal Das, Ανώτερο Μηχανικό Υλικού της Microsoft και κοινό εφευρέτη της συσκευής, «Η συσκευή μας καταργεί 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 τους κβαντικούς υπολογιστές».

Microsoft Quantum Laboratories

Το νέο τσιπ επινοήθηκε στο Microsoft Quantum Laboratories, το οποίο βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ. Η συνεργασία φέρνει κοντά τους δύο διαφορετικούς κόσμους για να καταλήξουν σε καινοτόμες προσεγγίσεις στις προκλήσεις της μηχανικής.

«Η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή είναι ίσως το πιο δύσκολο έργο μηχανικής του 21ου αιώνα. Αυτό δεν μπορεί να επιτευχθεί δουλεύοντας με μια μικρή ομάδα σε ένα πανεπιστημιακό εργαστήριο σε μια μόνο χώρα, αλλά χρειάζεται η κλίμακα που παρέχει ένας παγκόσμιος τεχνολογικός κολοσσός όπως η Microsoft», δήλωσε ο καθηγητής Reilly.

«Μέσα από τη συνεργασία μας με τη Microsoft, δεν έχουμε προτείνει απλώς μια θεωρητική αρχιτεκτονική για να ξεπεραστεί η συμφόρηση εισόδου-εξόδου, αλλά την έχουμε δημιουργήσει.

«Το έχουμε αποδείξει αυτό σχεδιάζοντας ένα προσαρμοσμένο τσιπ πυριτίου και συνδέοντάς το με ένα κβαντικό σύστημα», είπε. «Είμαι βέβαιος ότι αυτό είναι το πιο προηγμένο ολοκληρωμένο κύκλωμα που έχει κατασκευαστεί ποτέ για να λειτουργεί σε βαθιές κρυογονικές θερμοκρασίες».

Το τσιπ που αναπτύχθηκε πρόσφατα θα μπορούσε να παίξει σημαντικό ρόλο στην προώθηση των κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι είναι μία από τις πιο επαναστατικές τεχνολογίες που έχουμε στην κατοχή μας. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά προηγμένοι στις ικανότητές τους να επιλύουν προβλήματα που οι κλασικοί υπολογιστές δεν μπορούν, όπως αυτά που ανήκουν στους τομείς της κρυπτογραφίας, της ιατρικής, της τεχνητής νοημοσύνης και άλλων.