Uudelleen keksitty laite ohjaa tuhansia qubiteja

Sydneyn yliopiston ja Microsoft Corporationin tutkijat ja insinöörit ovat kehittäneet yhteistyössä uuden laitteen, jolla on suuret vaikutukset kvanttilaskentaan. Yksittäinen piiri voidaan käyttää 40 kertaa kylmämmässä kuin syvällä avaruudessa, ja se pystyy ohjaamaan tuhansien qubittien signaaleja, jotka ovat kvanttitietokoneiden perusrakennusosia.

Tulokset on julkaistu Nature Electronics.

Professori David Reilly on suunnitellut piirin. Hänellä on yhteinen virka Sydneyn yliopistossa ja Microsoftissa.

“Kvanttilaskennan potentiaalin toteuttamiseksi koneiden on kyettävä toimimaan tuhansien, ellei miljoonien qubittien kanssa”, professori Reilly sanoi.

“Maailman suurimmat kvanttitietokoneet toimivat tällä hetkellä vain 50 qubitin kanssa”, hän jatkoi. “Tämä pieni mittakaava johtuu osittain qubiteja ohjaavan fyysisen arkkitehtuurin rajoituksista. Uusi piirimme lopettaa nämä rajoitukset.”

Kvantisysteemit

Yksi tehokkaan kvantisysteemin tärkeimmistä vaatimuksista on, että qubitit toimivat lämpötilassa lähellä nollaa, eli -273,15 astetta. Lämpötilavaatimus johtuu siitä, että qubiteilla ei menetetä aineen tai valon luonnetta, jota kvanttitietokoneet vaativat erikoissovellusten suorittamiseen.

Yksi syy sille, miksi kvantisysteemit usein käyttävät monia johtoja, on se, että ne toimivat ohjeiden mukaan, jotka tulevat sähköisten signaaleiden muodossa.

Professori Reilly on myös ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS) -keskuksen johtaja.

“Nykyiset koneet luovat kauniin johdinverkoston signaaleja varten; ne näyttävät käänteiseltä kullatulta linnunpesältä tai kandelabrilta. Ne ovat kauniita, mutta perustavasti epäkäytännöllisiä. Tämä tarkoittaa, että emme voi skaalata koneita ylös suorittamaan hyödyllisiä laskelmia. On olemassa todellinen syöttö-/tulostusbottleneck”, professori Reilly sanoi.

Microsoftin vanhemman laitteistosuunnittelijan, tohtori Kushal Dasin, ja laitteen yhteisen keksijän mukaan, ”Laiteemme poistaa kaikki nämä kaapelit. Vain kahdella johdolla, jotka välittävät tietoa syötteenä, se voi generoida ohjaussignaaleja tuhansille qubiteille. Tämä muuttaa kaiken kvanttilaskennassa.”

Microsoft Quantum Laboratories

Uusi piiri keksittiin Microsoft Quantum Laboratories -laboratoriossa, joka sijaitsee Sydneyn yliopistossa. Yhteistyö yhdistää kaksi eri maailmaa keksimään innovatiivisia ratkaisuja insinöörien haasteisiin.

“Kvanttitietokoneen rakentaminen on ehkä 2000-luvun haasteellisin insinööritieteellinen tehtävä. Tämä ei voida saavuttaa työskentelemällä pienessä tiimissä yliopiston laboratoriossa yhdessä maassa, vaan se vaatii globaalin teknologiayrityksen kuten Microsoftin tarjoaman mittakaavan”, professori Reilly sanoi.

“Microsoftin kanssa tehty yhteistyömme ei ole ehdottanut vain teoreettista arkkitehtuuria syöttö-/tulostusbotteneckin ylittämiseksi, vaan olemme rakentaneet sen.

“Olemme osoittaneet tämän suunnittelemalla mukautetun piirin ja kytkemällä sen kvantisysteemiin”, hän sanoi. “Voin sanoa, että tämä on edistynein integroitu piiri, joka on koskaan rakennettu toimimaan syvissä kryo-lämpötiloissa.”

Uudelleen keksitty piiri voi pelata tärkeää roolia kvanttitietokoneiden edistämisessä, jotka ovat yksi 2000-luvun vallankumouksellisimmista teknologioista. Kvanttitietokoneet ovat erittäin edistyneitä kykyjensä suhteen ratkaista ongelmia, joita klassiset tietokoneet eivät voi, kuten salakirjoitus, lääketiede, tekoäly ja monet muut.