Nieuw uitgevonden apparaat controleert duizenden qubits

Een team van wetenschappers en ingenieurs van de Universiteit van Sydney en Microsoft Corporation (MSFT ) hebben samen gewerkt aan de ontwikkeling van een nieuw apparaat met grote implicaties voor quantum computing. De enkele chip kan 40 keer kouder opereren dan de diepe ruimte en is in staat om signalen te controleren voor duizenden qubits, die de fundamentale bouwstenen van quantum computers zijn.

De resultaten werden gepubliceerd in Nature Electronics.

Professor David Reilly is verantwoordelijk voor het ontwerp van de chip. Hij heeft een gezamenlijke positie bij de Universiteit van Sydney en Microsoft.

“Om het potentieel van quantum computing te realiseren, moeten machines in staat zijn om duizenden, zo niet miljoenen qubits te bedienen,” zei professor Reilly.

“De grootste quantum computers ter wereld werken momenteel met slechts 50 qubits,” vervolgde hij. “Deze kleine schaal is gedeeltelijk te wijten aan beperkingen in de fysieke architectuur die de qubits controleert. Onze nieuwe chip maakt een einde aan die beperkingen.”

Quantum Systemen

Een van de belangrijkste vereisten voor een efficiënt quantum systeem is dat qubits moeten werken bij temperaturen rond het absolute nulpunt, of -273,15 graden. De reden voor deze temperatuureis is dat de qubits hun karakter van materie of licht niet mogen verliezen, wat nodig is voor quantum computers om gespecialiseerde toepassingen uit te voeren.

Een van de redenen waarom quantum systemen vaak veel draden bevatten, is dat ze werken op basis van instructies, die in de vorm van elektrische signalen worden verzonden en ontvangen.

Professor Reilly is ook de Chief Investigator bij het ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS).

“Huidige machines creëren een prachtig netwerk van draden om de signalen te controleren; ze lijken op een omgekeerd gouden vogelnest of een kroonluchter. Ze zijn mooi, maar fundamenteel onpraktisch. Dit betekent dat we de machines niet kunnen opschalen om nuttige berekeningen uit te voeren. Er is een echte input-output bottleneck,” zei professor Reilly.

Volgens Dr. Kushal Das, Microsoft Senior Hardware Engineer en mede-uitvinder van het apparaat, “Ons apparaat doet alle die kabels weg. Met slechts twee draden die informatie als invoer overbrengen, kan het controle signalen genereren voor duizenden qubits. Dit verandert alles voor quantum computing.”

Microsoft Quantum Laboratories

De nieuwe chip is uitgevonden bij de Microsoft Quantum Laboratories, die zich bevindt bij de Universiteit van Sydney. De samenwerking brengt de twee verschillende werelden samen om innovatieve benaderingen te ontwikkelen voor technische uitdagingen.

“Het bouwen van een quantum computer is misschien de meest uitdagende technische taak van de 21e eeuw. Dit kan niet worden bereikt door een klein team in een universiteitslaboratorium in een enkel land, maar heeft de schaal nodig die wordt geboden door een wereldwijde technologiebedrijf als Microsoft,” zei professor Reilly.

“Door onze samenwerking met Microsoft hebben we niet alleen een theoretische architectuur voorgesteld om de input-output bottleneck te overwinnen, maar hebben we die ook gebouwd.

“We hebben dit aangetoond door een aangepaste siliciumchip te ontwerpen en te koppelen aan een quantum systeem,” zei hij. “Ik ben ervan overtuigd dat dit de meest geavanceerde geïntegreerde schakeling is die ooit is gebouwd om te werken bij diepe cryogene temperaturen.”

De nieuw ontwikkelde chip kan een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van quantum computers, die een van de meest revolutionaire technologieën zijn die binnen ons bereik liggen. Quantum computers zijn extreem geavanceerd in hun mogelijkheden om problemen op te lossen die klassieke computers niet kunnen, zoals die in de gebieden van cryptografie, geneeskunde, AI en meer.