革新的な量子チップが現場の大きな障害を克服

コペンハーゲン大学の量子物理学者たちは、大きな障害を克服し、量子技術の分野で大きな飛躍を遂げた。 研究チームは同じ量子チップ上で複数のスピン量子ビットを同時に動作させ、これはスーパーコンピューターにつながるだろう。

大規模な機能量子コンピュータを実現するための大きな障害の XNUMX つは、多数の基本的なメモリ デバイスの制御です。 キュビット、 同時に。 XNUMX つの量子ビットが制御されるとき、通常、別の量子ビットに同時に適用される制御パルスによって悪影響が生じます。 

この課題を克服したチームには、コペンハーゲン大学ニールス・ボーア研究所の二人の量子物理学者、博士課程の学生で博士研究員のフレデリコ・フェデーレと、アナスア・チャタジー助教授が含まれていました。 XNUMX人はフェルディナンド・クエンメス准教授のグループで研究していた。

研究は、ジャーナルに掲載されました フィジカルレビュー×クォンタム.

新しいアプローチによる スピン量子ビット

Google や IBM などの企業は量子プロセッサ用の超伝導体技術に焦点を当てていますが、研究グループは半導体量子ビット、または スピン量子ビット。  

「大まかに言えば、それらは量子ドットと呼ばれる半導体ナノ構造に閉じ込められた電子スピンで構成されており、個々のスピン状態を制御したり、互いに絡み合ったりすることができます」とフェデール氏は言う。

スピン量子ビットは量子状態を長期間維持できるため、他の種類のプラットフォームよりも高速かつ正確な計算を実行できる可能性があります。 サイズが非常に小さいため、他の量子ビットのアプローチと比較して、より多くの量子をチップ上に搭載できます。 量子ビットが増えるとコンピューターの処理能力が向上するという事実を考えると、これは重要です。 

研究チームは、単一チップ上の 2×2 アレイで XNUMX つの量子ビットを製造し、動作させることができました。

量子ビットを通信させる

Anasua Chatterjee 氏によると、最も重要な目標の XNUMX つは量子ビットを相互に通信できるようにすることです。

「かなり優れた量子ビットがいくつかできたので、重要なのは、量子計算エラーを修正できるほど十分に複雑でありながら、多数の量子ビットを操作できる回路にそれらを接続することです」とチャタジー氏は言います。 「これまでのところ、スピン量子ビットの研究は、回路に 2×2 または 3×3 量子ビットの配列が含まれるところまで到達しました。 問題は、それらの量子ビットが一度に XNUMX つずつしか処理されないことです。」

同チームが開発した量子回路はガリウムヒ素という半導体物質で作られており、大きさはバクテリアほどの大きさしかない。

Chaterjee は、この研究の筆頭著者 XNUMX 人のうちの XNUMX 人です。 

「私たちのチップの新しくて本当に重要なことは、すべての量子ビットを同時に操作して測定できることです。 これは、スピン量子ビットでも、他の多くの種類の量子ビットでも、これまで実証されたことがありません」とチャタジー氏は言います。

量子計算を行うためには、演算と測定を同時に行うことが重要です。 量子ビットは非常に敏感であり、量子ビットを XNUMX つずつ測定すると、小さな周囲ノイズでもシステム内の量子情報が変化する可能性があります。 

「より強力な量子プロセッサを実現するには、量子ビットの数を増やすだけでなく、同時演算の数も増やす必要があります。まさにそれが私たちがやったことです」と Kuemmeth 教授は言います。

もう 48 つの大きな課題は、チップの XNUMX 個の制御電極を手動で調整する必要があり、継続的に調整し続ける必要があることです。これは人間にとって時間のかかる作業であるため、チームは現在、最適化アルゴリズムと機械学習を使用してプロセスを自動化する方法を模索しています。