Innowacyjny Chip Kwantowy Pokonuje Główną Przeszkodę w Dziedzinie

Fizycy kwantowi z Uniwersytetu w Kopenhadze dokonali dużego postępu w dziedzinie technologii kwantowej, pokonując główną przeszkodę. Zespół jednocześnie obsługiwał wiele spinowych qubitów na tym samym chipie kwantowym, co pomoże w rozwoju superkomputerów.

Jedną z głównych przeszkód w osiągnięciu dużego funkcjonalnego komputera kwantowego jest kontrola wielu podstawowych urządzeń pamięci, czyli qubitów, jednocześnie. Kiedy jeden qubit jest kontrolowany, zwykle występuje negatywny wpływ na inne qubity.

Zespół, który pokonał tę wyzwanie, składał się z dwóch fizyków kwantowych z Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze – studenta doktoranckiego i postdoktoranta Frederico Fedele oraz asystenta profesora Anasui Chatterjee. Oboje pracowali w grupie profesora Ferdinanda Kuemmetha.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Physical Review X Quantum.

Nowe Podejście z Qubitami Spinowymi

Podczas gdy firmy takie jak Google (GOOGL ) i IBM koncentrują się na technologii nadprzewodnikowej dla procesorów kwantowych, grupa badawcza zajmuje się bardziej qubitami półprzewodnikowymi, czyli qubitami spinowymi.

“Ogólnie rzecz biorąc, składają się one z spinów elektronowych uwięzionych w półprzewodnikowych nanostrukturach zwanych punktami kwantowymi, tak że poszczególne stany spinowe mogą być kontrolowane i splątane ze sobą”, mówi Fedele.

Qubity spinowe mogą utrzymywać swoje stany kwantowe przez długi czas, co potencjalnie pozwala im na wykonywanie szybszych i bardziej dokładnych obliczeń niż inne platformy. Ze względu na ich niewielki rozmiar, można umieścić ich więcej na chipie w porównaniu z innymi podejściami qubitowymi. Jest to ważne, biorąc pod uwagę fakt, że więcej qubitów oznacza większą moc obliczeniową.

Zespół badawczy był w stanie wytworzyć i obsłużyć cztery qubity w macierzy 2×2 na jednym chipie.

Pozwolenie Qubitom na Komunikację

Według Anasui Chatterjee, jednym z najważniejszych celów jest pozwolenie qubitom na komunikację ze sobą.

“Teraz, gdy mamy dobre qubity, gra polega na połączeniu ich w obwody, które mogą obsługiwać wiele qubitów, a jednocześnie są wystarczająco złożone, aby mogły korygować błędy obliczeń kwantowych”, mówi Chatterjee. „Do tej pory badania nad qubitami spinowymi doprowadziły do punktu, w którym obwody zawierają macierze 2×2 lub 3×3 qubitów. Problem polega na tym, że ich qubity są traktowane tylko pojedynczo”.

Obwód kwantowy opracowany przez zespół jest wykonany z półprzewodnikowego materiału arsenku galu i nie jest większy niż rozmiar bakterii.

Chatterjee jest jednym z dwóch głównych autorów badania.

“Nowa i naprawdę istotna rzecz w naszym chipie jest to, że możemy jednocześnie obsługiwać i mierzyć wszystkie qubity. Nie zostało to wcześniej udowodnione z qubitami spinowymi, ani z wieloma innymi rodzajami qubitów”, mówi Chatterjee.

Aby wykonywać obliczenia kwantowe, ważne jest jednoczesne obsługiwanie i mierzenie. Qubity są bardzo wrażliwe, a gdy są mierzone pojedynczo, nawet niewielki szum otoczenia może zmienić informację kwantową w systemie.

“Aby uzyskać bardziej potężne procesory kwantowe, musimy nie tylko zwiększyć liczbę qubitów, ale także liczbę jednoczesnych operacji, co jest dokładnie tym, co zrobiliśmy”, mówi profesor Kuemmeth.

Innym dużym wyzwaniem jest to, że 48 elektrod kontrolnych chipu musi być dostrojonych ręcznie i muszą być ciągle utrzymywane w strojeniu. Jest to czasochłonne zadanie dla ludzi, więc zespół szuka obecnie sposobu na zautomatyzowanie procesu za pomocą algorytmów optymalizacji i uczenia maszynowego.