Innovatieve Quantum Chip Overwintigt Grote Belemmering op het Gebied

Quantumfysici aan de Universiteit van Kopenhagen hebben een grote stap voorwaarts gezet in het veld van quantumtechnologie en een grote belemmering overwonnen. Het team heeft meerdere spinqubits gelijktijdig op dezelfde quantumchip geopereerd, wat zal helpen bij het ontwikkelen van supercomputers.

Een van de grootste belemmeringen om een grote functionele quantumcomputer te bereiken, is het controleren van de vele basisgeheugendevices, of qubits, tegelijkertijd. Wanneer één qubit wordt gecontroleerd, is er meestal een negatief effect door gelijktijdige controlepulsen die op een andere qubit worden toegepast.

Het team dat deze uitdaging overwon, bestond uit een paar quantumfysici aan het Niels Bohr-instituut van de Universiteit van Kopenhagen – PhD-student en postdoc Frederico Fedele, en assistent-professor Anasua Chatterjee. De twee werkten in de groep van associate-professor Ferdinand Kuemmeth.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review X Quantum.

Nieuwe Aanpak Met Spin Qubits

Terwijl bedrijven als Google (GOOGL ) en IBM zich hebben gericht op supergeleidertechnologie voor quantumprocessors, kijkt de onderzoeksgroep meer naar halfgeleiderqubits, of spin qubits.

“In het algemeen bestaan ze uit elektronenspins die zijn vastgelegd in halfgeleidende nanostructuren die quantumdots worden genoemd, zodat individuele spinstaten kunnen worden gecontroleerd en verstrengeld met elkaar,” zegt Fedele.

Spin qubits kunnen hun quantumstaten voor een lange tijd behouden, wat potentieel snellere en nauwkeurigere berekeningen mogelijk maakt dan andere platformtypen. Vanwege hun kleine formaat kunnen er veel meer op een chip passen in vergelijking met andere qubitbenaderingen. Dit is belangrijk, aangezien meer qubits resulteert in een grotere verwerkingskracht van de computer.

Het onderzoeksteam kon vier qubits in een 2×2-array op een enkele chip fabriceren en bedienen.

Qubits Laten Communiceren

Volgens Anasua Chatterjee is een van de belangrijkste doelen om qubits te laten communiceren met elkaar.

“Nu we enkele goede qubits hebben, is de naam van het spel om ze te verbinden in circuits die meerdere qubits kunnen bedienen, en complex genoeg zijn om quantumberekeningsfouten te corrigeren,” zegt Chatterjee. “Tot nu toe is het onderzoek naar spin qubits zo ver gekomen dat circuits bestaan uit arrays van 2×2 of 3×3 qubits. Het probleem is dat hun qubits alleen een voor een worden behandeld.”

De quantumcircuit die door het team is ontwikkeld, is gemaakt van het halfgeleidende materiaal galliumarsenide, en is niet groter dan de grootte van een bacterie.

Chatterjee is een van de twee hoofdauteurs van de studie.

“Het nieuwe en echt significante aan onze chip is dat we alle qubits tegelijkertijd kunnen bedienen en meten. Dit is nog nooit eerder aangetoond met spin qubits – noch met veel andere soorten qubits,” zegt Chatterjee.

Om quantumberekeningen uit te voeren, is het belangrijk om tegelijkertijd te bedienen en te meten. Qubits zijn zeer gevoelig, en wanneer ze een voor een worden gemeten, kan zelfs een kleine omgevingsruis de quantuminformatie in een systeem veranderen.

“Om krachtigere quantumprocessors te krijgen, moeten we niet alleen het aantal qubits verhogen, maar ook het aantal gelijktijdige bewerkingen, en dat is precies wat we hebben gedaan,” zegt professor Kuemmeth.

Een andere grote uitdaging is dat de 48 controle-elektroden van de chip handmatig moeten worden afgesteld, en ze moeten continu worden bijgesteld. Dit is een tijdrovende taak voor mensen, dus het team zoekt nu naar een manier om optimalisatiealgoritmen en machine learning te gebruiken om het proces te automatiseren.