Innovatiivinen kvanttisiru voittaa suuren esteen kentällä

Kööpenhaminan yliopiston kvanttifysiikot ovat ottaneet suuren harppauksen eteenpäin kvanttiteknologian alalla, voittamalla suuren esteen. Tiimi käytti samanaikaisesti useita spin-kubitteja samalla kvanttisirulla, mikä auttaa johtamaan supertietokoneisiin.

Yksi suurimmista esteistä suuren toiminnallisen kvanttitietokoneen saavuttamiselle on monien perusmuistilaitteiden ohjaus, tai kubittien, samanaikaisesti. Kun yhtä kubittia ohjataan, on yleensä negatiivinen vaikutus samanaikaisilla ohjauspulsseilla, jotka kohdistetaan toiseen. 

Tämän haasteen voittaneeseen tiimiin kuuluivat kvanttifyysikkopari Kööpenhaminan yliopiston Niels Bohr Institutesta – tohtoriopiskelija ja postdoc Frederico Fedele sekä apulaisprofessori Anasua Chatterjee. He työskentelivät apulaisprofessori Ferdinand Kuemmethin ryhmässä.

Tutkimus julkaistiin lehdessä Physical Review X Quantum.

Uusi lähestymistapa kanssa Pyöritä Qubits

Vaikka Googlen ja IBM:n kaltaiset yritykset ovat keskittyneet kvanttiprosessorien suprajohdeteknologiaan, tutkimusryhmä tarkastelee enemmän puolijohdekubitteja tai spin qubits.  

"Laajasti ottaen ne koostuvat kvanttipisteiksi kutsuttuihin puolijohtaviin nanorakenteisiin loukkuun jäävistä elektronispineistä, joten yksittäisiä spin-tiloja voidaan ohjata ja sotkeutua toisiinsa", Fedele sanoo.

Spin-kubitit voivat säilyttää kvanttitilansa pitkään, mikä mahdollistaa niiden suorittamisen nopeampia ja tarkempia laskelmia kuin muut alustatyypit. Pienen kokonsa vuoksi sirulle mahtuu paljon enemmän niitä verrattuna muihin qubit-lähestymistapoihin. Tämä on tärkeää, kun otetaan huomioon se tosiasia, että enemmän kubitteja lisää tietokoneen prosessointitehoa. 

Tutkimusryhmä pystyi valmistamaan ja käyttämään neljä kubittia 2 × 2 -ryhmässä yhdellä sirulla.

Qubittien saaminen kommunikoimaan

Anasua Chatterjeen mukaan yksi tärkeimmistä tavoitteista on saada kubitit kommunikoimaan keskenään.

"Nyt kun meillä on melko hyviä kubitteja, pelin nimi yhdistää ne piireihin, jotka voivat käyttää useita kubitteja, mutta ovat myös tarpeeksi monimutkaisia ​​voidakseen korjata kvanttilaskentavirheet", Chatterjee sanoo. "Tähän mennessä spin-kubittien tutkimus on edennyt siihen pisteeseen, että piirit sisältävät 2 × 2 tai 3 × 3 kubitin taulukoita. Ongelmana on, että heidän kubittejaan käsitellään vain yksi kerrallaan."

Ryhmän kehittämä kvanttipiiri on valmistettu puolijohtavasta aineesta galliumarsenidista, eikä se ole bakteerin kokoinen.

Chaterjee on yksi tutkimuksen kahdesta johtavasta kirjoittajasta. 

”Uusi ja todella merkittävä asia sirussamme on, että voimme samanaikaisesti käyttää ja mitata kaikkia kubitteja. Tätä ei ole koskaan aiemmin osoitettu spin-kubiteilla – eikä monella muullakaan kubitilla”, Chatterjee sanoo.

Kvanttilaskelmien suorittamiseksi on tärkeää toimia ja mitata samanaikaisesti. Kubitit ovat erittäin herkkiä, ja kun niitä mitataan yksitellen, pienikin ympäristön kohina voi muuttaa järjestelmän kvanttitietoja. 

"Tehokkaampien kvanttiprosessorien saamiseksi meidän on lisättävä kubittien määrän lisäksi myös samanaikaisten toimintojen määrää, mikä on juuri niin kuin teimme", professori Kuemmeth sanoo.

Toinen suuri haaste on, että sirun 48 ohjauselektrodia on viritettävä manuaalisesti, ja niitä on jatkuvasti pidettävä viritettynä. Tämä on aikaa vievä tehtävä ihmisille, joten tiimi etsii nyt tapaa käyttää optimointialgoritmeja ja koneoppimista automatisoidakseen prosessia.