Nyuptäckt enhet kontrollerar tusentals qubit

Ett team av forskare och ingenjörer vid University of Sydney och Microsoft Corporation (MSFT ) har samarbetat för att utveckla en ny enhet som har stora implikationer för kvantberäkning. Den enskilda chipen kan operera 40 gånger kallare än djup rymd, och den kan kontrollera signaler för tusentals qubit, som är de grundläggande byggstenarna i kvantdatorer.

Resultaten publicerades i Nature Electronics. 

Professor David Reilly är den som har designat chipen. Han har en gemensam position vid University of Sydney och Microsoft.

“För att förverkliga potentialen i kvantberäkning kommer maskinerna att behöva operera tusentals, om inte miljoner, qubit”, sa professor Reilly. 

“Världens största kvantdatorer opererar för närvarande med bara 50 eller så qubit”, fortsatte han. “Denna lilla skala beror delvis på begränsningar i den fysiska arkitektur som kontrollerar qubit. Vår nya chip sätter stopp för dessa begränsningar.”

Kvantsystem

En av de viktigaste kraven för ett effektivt kvantsystem är att qubit ska operera vid temperaturer runt noll, eller -273,15 grader. Anledningen till denna temperaturkrav är så att qubit inte förlorar sin materia- eller ljusegenskaper, vilket krävs av kvantdatorer för att utföra specialiserade applikationer. 

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

Professor Reilly är också Chief Investigator vid ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS). 

“Nuvarande maskiner skapar en vacker samling kablar för att kontrollera signalerna; de ser ut som en inverterad förgylld fågelbo eller en kristallkrona. De är vackra, men i grunden opraktiska. Det betyder att vi inte kan skala upp maskinerna för att utföra användbara beräkningar. Det finns en riktig indata-utdataflaska”, sa professor Reilly.

Enligt Dr. Kushal Das, Microsoft Senior Hardware Engineer och meduppfinnare av enheten, “Vår enhet gör slut på alla kablar. Med bara två kablar som bär information som indata kan den generera kontrollsignaler för tusentals qubit. Detta förändrar allt för kvantberäkning.”

Microsoft Quantum Laboratories

Den nya chipen uppfanns vid Microsoft Quantum Laboratories, som är belägen vid University of Sydney. Samarbetet förenar de två olika världarna för att komma med innovativa tillvägagångssätt för att lösa ingenjörsutmaningar.

“Att bygga en kvantdator är kanske den mest utmanande ingenjörsuppgiften i det 21:a århundradet. Detta kan inte uppnås genom att arbeta med ett litet team i ett universitetslaboratorium i ett enda land, utan kräver den skala som en global teknikjätte som Microsoft kan erbjuda”, sa professor Reilly.

“Genom vårt samarbete med Microsoft har vi inte bara föreslagit en teoretisk arkitektur för att övervinna indata-utdataflaskan, utan vi har byggt den.

“Vi har demonstrerat detta genom att designa en anpassad kiselchip och koppla den till ett kvantsystem”, sa han. “Jag är säker på att säga att detta är den mest avancerade integrerade kretsen som någonsin byggts för att operera vid djupa kryo-temperaturer.”

Den nyligen utvecklade chipen kan spela en viktig roll i att främja kvantdatorer, som är en av de mest revolutionerande teknologierna inom vår räckhåll. Kvantdatorer är extremt avancerade i sin förmåga att lösa problem som klassiska datorer inte kan, såsom de inom områdena kryptografi, medicin, AI och mer.