Nyligen uppfunnen enhet kontrollerar tusentals Qubits

Ett team av forskare och ingenjörer vid University of Sydney och Microsoft Corporation har gått samman för att utveckla en ny enhet som har stora konsekvenser för kvantberäkningar. Det enda chippet kan fungera 40 gånger kallare än deep space, och det kan styra signaler för tusentals qubits, som är de grundläggande byggstenarna i kvantdatorer.

Resultaten publicerades i Naturelektronik. 

Professor David Reilly är den som är ansvarig för designen av chipet. Han har en gemensam position med University of Sydney och Microsoft.

"För att inse potentialen med kvantberäkningar kommer maskiner att behöva driva tusentals om inte miljontals kvantbitar", säger professor Reilly. 

"Världens största kvantdatorer fungerar för närvarande med bara 50 eller så qubits," fortsatte han. "Denna lilla skala beror delvis på gränserna för den fysiska arkitekturen som styr qubitarna. Vårt nya chip sätter stopp för dessa gränser.”

Kvantsystem

Ett av huvudkraven för ett effektivt kvantsystem är qubits för att fungera vid temperaturer runt noll, eller -273.15 grader. Anledningen till detta temperaturkrav är för att qubitarna inte ska förlora sin karaktär av materia eller ljus, vilket krävs av kvantdatorer för att utföra specialiserade applikationer. 

En av anledningarna till att kvantsystem ofta involverar många ledningar är att de fungerar baserat på instruktioner, som kommer i form av elektriska signaler som skickas och tas emot.

Professor Reilly är också chefsutredare vid ARC Center for Engineered Quantum Systems (EQUS). 

“Nuvarande maskiner skapar en vacker uppsättning ledningar för att styra signalerna; de ser ut som ett omvänt förgyllt fågelbo eller en ljuskrona. De är vackra, men i grunden opraktiska. Det betyder att vi inte kan skala upp maskinerna för att utföra användbara beräkningar. Det finns en verklig input-output flaskhals, säger professor Reilly.

Enligt Dr. Kushal Das, Microsoft Senior Hardware Engineer och meduppfinnare av enheten, "Vår enhet tar bort alla dessa kablar. Med bara två ledningar som bär information som ingång kan den generera styrsignaler för tusentals qubits. Detta förändrar allt för kvantberäkning."

Microsoft Quantum Laboratories

Det nya chippet uppfanns vid Microsoft Quantum Laboratories, som ligger vid University of Sydney. Partnerskapet sammanför de två olika världarna för att komma på innovativa metoder för tekniska utmaningar.

"Att bygga en kvantdator är kanske den mest utmanande ingenjörsuppgiften på 21-talet. Det här kan inte uppnås genom att arbeta med ett litet team i ett universitetslaboratorium i ett enda land, men behöver den skala som erbjuds av en global teknikjätte som Microsoft, säger professor Reilly.

"Genom vårt partnerskap med Microsoft har vi inte bara föreslagit en teoretisk arkitektur för att övervinna input-output-flaskhalsen, vi har byggt den.

"Vi har visat detta genom att designa ett anpassat kiselchip och koppla det till ett kvantsystem," sa han. "Jag är säker på att säga att detta är den mest avancerade integrerade kretsen som någonsin byggts för att fungera vid djupa kryogena temperaturer."

Det nyutvecklade chippet kan spela en viktig roll för att utveckla kvantdatorer, som är en av de mest revolutionerande teknikerna inom vårt räckhåll. Kvantdatorer är extremt avancerade i sin förmåga att lösa problem som klassiska datorer inte kan, till exempel inom områdena kryptografi, medicin, AI med mera.