Uudenlainen Kvanttipiiri Ylittää Tärkeän Esteen Kvanttiteknologian Alalla

Kööpenhaminan yliopiston kvanttifyysikot ovat tehneet merkittävän edistysaskeleen kvanttitieteessä ylittämällä tärkeän esteen. Tutkijaryhmä toimi samanaikaisesti useita spin-kubiteja samalla kvanttipiirillä, mikä auttaa kehittämään supertietokoneita.

Yksi suurimmista esteistä suuren toimivan kvanttitietokoneen saavuttamisessa on useiden perusmuistilaitteiden eli kubittien samanaikainen ohjaus. Kun yhtä kubittia ohjataan, siitä aiheutuu yleensä negatiivinen vaikutus samanaikaisesti muihin kubitteihin ohjattaviin ohjauspulsseihin.

Haasteen voittaneeseen ryhmään kuului kaksi Kööpenhaminan yliopiston Niels Bohr -instituutin kvanttifyysikkoa, PhD-opiskelija ja post doc Frederico Fedele sekä apulaisprofessori Anasua Chatterjee. He työskentelivät apulaisprofessori Ferdinand Kuemmethin ryhmässä.

Tutkimus julkaistiin Physical Review X Quantum -julkaisussa täällä.

Uusi Lähestymistapa Spin-Kubiteilla

Kun yritykset kuten Google (GOOGL ) ja IBM ovat keskittyneet suprajohtimiteknologiaan kvanttiprosessoreissa, tutkimusryhmä on tarkastellut enemmän puolijohde-kubitteja eli spin-kubitteja.

“Laajasti ottaen ne koostuvat elektronispineistä, jotka ovat loukussa puolijohteisten nanostruktuurien eli kvanttipisteen sisällä, jolloin yksittäiset spin-tilat voidaan ohjata ja kytketä toisiinsa”, Fedele sanoo.

Spin-kubittit voivat säilyttää kvanttitilojaan pitkään, mikä mahdollistaa nopeammat ja tarkemmat laskelmat kuin muilla alustoilla. Niiden minimaalisen koon ansiosta niitä voidaan sijoittaa paljon enemmän piiriin verrattuna muihin kubitilähestymistapoihin. Tämä on tärkeää, koska enemmän kubitteja tarkoittaa suurempaa tietokoneen prosessointikykyä.

Tutkimusryhmä onnistui valmistamaan ja toimimaan neljä kubittia 2×2-matriisissa yhdellä piirillä.

Kubittien Viestintä

Anasua Chatterjeen mukaan yksi tärkeimmistä tavoitteista on saada kubittit viestintään toistensa kanssa.

“Nyt kun meillä on joitakin hyviä kubitteja, peli on kytkettävä niitä piireihin, jotka voivat toimia useiden kubittien kanssa ja olla tarpeeksi monimutkaisia korjataksesi kvanttilaskentaVirheitä”, Chatterjee sanoo. ”Tähän asti spin-kubittien tutkimus on edennyt siihen pisteeseen, että piirit sisältävät 2×2- tai 3×3-kubittimatriiseja. Ongelmana on, että kubitteja käsitellään yksitellen.”

Tutkimusryhmän kehittämä kvanttipiiri on valmistettu galliumarsenidista, ja se on pienempi kuin bakteeri.

Chatterjee on yksi tutkimuksen kaksi pääkirjoittajaa.

“Uusi ja todella merkittävä asia meidän piiristä on, että voimme toimia ja mitata kaikkia kubitteja samanaikaisesti. Tämä ei ole aiemmin nähty spin-kubiteilla – eikä useilla muilla kubittityypeillä”, Chatterjee sanoo.

Kvanttilaskelmien suorittamiseksi on tärkeää toimia ja mitata samanaikaisesti. Kubittit ovat erittäin herkkäsiä, ja kun niitä mitataan yksitellen, jopa pieni taustamelu voi muuttaa kvanttitietoa järjestelmässä.

“Saadaksemme voimakkaampia kvanttiprosessoreita, meidän on lisättävä sekä kubittien määrää että samanaikaisten toimintojen määrää, mikä on juuri sitä, mitä me teimme”, Professori Kuemmeth sanoo.

Toinen suuri haaste on, että piirin 48 ohjaus-elektrodia on sääteltävä manuaalisesti, ja ne on pidettävä jatkuvasti säädettynä. Tämä on aikaa vievä tehtävä ihmisille, joten ryhmä etsii nyt keinoja käyttää optimointialgoritmeja ja koneoppimista prosessin automatisoimiseksi.