Inovativă Placă Cuantică Depășește O Piedică Majoră În Domeniu

Fizicienii cuantici de la Universitatea din Copenhaga au făcut un salt major înainte în domeniul tehnologiei cuantice, depășind o piedică majoră. Echipa a operat simultan mai multe qubite cu spin pe aceeași placă cuantică, ceea ce va ajuta la crearea de supercalculatoare.

Una dintre principalele piedici pentru realizarea unui computer cuantic funcțional de mari dimensiuni este controlul multor dispozitive de memorie de bază, sau qubite, simultan. Când un qubit este controlat, de obicei există un efect negativ din cauza impulsurilor de control simultane aplicate altui qubit.

Echipa care a depășit această provocare a inclus o pereche de fizicieni cuantici de la Institutul Niels Bohr al Universității din Copenhaga – studentul doctorand și postdoctorandul Frederico Fedele, și asistentul profesor Anasua Chatterjee. Cei doi lucrau în grupul profesorului asociat Ferdinand Kuemmeth.

Studiul a fost publicat în revista Physical Review X Quantum.

Abordare Nouă Cu Qubite Cu Spin

În timp ce companii precum Google (GOOGL ) și IBM s-au concentrat pe tehnologia superconductorilor pentru procesoare cuantice, grupul de cercetare se axează mai mult pe qubite cu semiconductoare, sau qubite cu spin.

“În general, acestea constau în spinuri de electroni capturați în nanostructuri semiconductoare numite puncte cuantice, astfel încât stările individuale de spin pot fi controlate și încântate una cu alta”, spune Fedele.

Qubitele cu spin pot menține stările cuantice pentru o perioadă lungă de timp, ceea ce le permite să efectueze calcule mai rapide și mai precise decât alte tipuri de platforme. Din cauza dimensiunilor lor minuscule, mult mai multe dintre ele pot fi plasate pe o placă comparativ cu alte abordări cu qubite. Acest lucru este important, având în vedere faptul că mai multe qubite duc la o putere de calcul mai mare.

Echipa de cercetare a reușit să fabrice și să opereze patru qubite într-o matrice 2×2 pe o singură placă.

Qubitele Care Comunică

Conform lui Anasua Chatterjee, unul dintre cele mai importante obiective este să facă qubitele să comunice unele cu altele.

“Acum că avem qubite destul de bune, jocul constă în conectarea lor în circuite care pot opera mai multe qubite, dar și în corectarea erorilor de calcul cuantic”, spune Chatterjee. “Până acum, cercetarea în qubite cu spin a ajuns la punctul în care circuitele conțin matrice de 2×2 sau 3×3 qubite. Problema este că qubitele lor sunt tratate doar una câte una.”

Circuitul cuantic dezvoltat de echipă este fabricat din substanța semiconductoare arseniură de galiu și are dimensiunea unei bacterii.

Chatterjee este unul dintre cei doi autori principali ai studiului.

“Lucrul nou și cu adevărat semnificativ despre placa noastră este că putem opera și măsura simultan toate qubitele. Acest lucru nu a fost demonstrat anterior cu qubite cu spin — nici cu multe alte tipuri de qubite”, spune Chatterjee.

Pentru a efectua calcule cuantice, este important să se opereze și să se măsoare simultan. Qubitele sunt foarte sensibile, și atunci când sunt măsurate una câte una, chiar și un zgomot ambiental mic poate altera informația cuantică dintr-un sistem.

“Pentru a obține procesoare cuantice mai puternice, trebuie să creștem nu numai numărul de qubite, ci și numărul de operații simultane, exact ceea ce am făcut”, spune profesorul Kuemmeth.

O altă provocare majoră este că cele 48 de electrodzi de control ai plăcii trebuie reglați manual și trebuie menținute permanent reglate. Acesta este un task consumator de timp pentru oameni, așa că echipa caută acum o modalitate de a utiliza algoritmi de optimizare și învățare automată pentru a automatiza procesul.