Квантові обчислення

Інноваційний квантовий чіп подолав велику перешкоду в галузі

mm
Додайте Unite.AI до бажаних джерел у Google

Квантові фізики Копенгагенського університету зробили великий крок вперед у галузі квантової техніки, подолавши велику перешкоду. Команда одночасно керувала декількома спіновими кубітами на одному квантовому чіпі, що допоможе створити суперкомп’ютери.

Одна з основних перешкод для створення великого функціонального квантового комп’ютера полягає в керуванні багатьма базовими пристроями пам’яті, або кубітами, одночасно. Коли один кубіт керується, зазвичай виникає негативний ефект від одночасного керування іншим.

Команда, яка подолала цю перешкоду, включала двох квантових фізиків з Інституту Нільса Бора Копенгагенського університету – аспіранта і постдока Фредеріко Феделе та асистента професора Анасуа Чаттерджі. Двоє працювали в групі асоційованого професора Фердинанда Кюммета.

Дослідження було опубліковано в журналі Physical Review X Quantum.

Новий підхід з спіновими кубітами

Компанії, такі як Google (GOOGL ) і IBM, зосередилися на технології суперкондукторів для квантових процесорів, але дослідницька група розглядає напівпровідникові кубіти, або спінові кубіти.

“В широкому сенсі, вони складаються з електронних спінів, захоплених у напівпровідникових наноструктурах, які називаються квантовими точками, так що окремі спінові стани можуть бути керованими і заплутаними один з одним”, – говорить Феделе.

Спінові кубіти можуть зберігати свої квантові стани протягом довгого часу, що потенційно дозволяє їм виконувати швидші і точніші обчислення, ніж інші типи платформ. Через їхню мініатюрний розмір, їх можна розмістити на чіпі у великій кількості порівняно з іншими підходами до кубітів. Це важливо, враховуючи той факт, що більше кубітів означає більшу обчислювальну потужність.

Дослідницька команда змогла виготовити і керувати чотирма кубітами в матриці 2×2 на одному чіпі.

Кубіти повинні спілкуватися один з одним

Згідно з Анасуа Чаттерджі, однією з найважливіших цілей є те, щоб кубіти могли спілкуватися один з одним.

“Тепер, коли у нас є досить хороші кубіти, гра полягає в тому, щоб з’єднати їх у схеми, які можуть працювати з багатьма кубітами, а також бути достатньо складними, щоб виправляти квантові обчислювальні помилки”, – говорить Чаттерджі. “До цього часу дослідження спінових кубітів дійшли до того рівня, коли схеми містять масиви 2×2 або 3×3 кубітів. Проблема полягає в тому, що їхні кубіти обробляються тільки по одному.”

Квантову схему, розроблену командою, виготовлено з напівпровідникової речовини галії арсеніду, і вона не більша за розмір бактерії.

Чаттерджі є одним з двох основних авторів дослідження.

“Нова і справді значуща річ про наш чіп полягає в тому, що ми можемо одночасно керувати і вимірювати всі кубіти. Це ніколи раніше не було продемонстровано з спіновими кубітами – ні з багатьма іншими типами кубітів”, – говорить Чаттерджі.

Для виконання квантових обчислень важливо одночасно керувати і вимірювати. Кубіти дуже чутливі, і коли їх вимірюють по одному, навіть малий фоновий шум може змінити квантову інформацію в системі.

“Щоб отримати більш потужні квантові процесори, нам потрібно не тільки збільшити кількість кубітів, але також кількість одночасних операцій, що саме ми і зробили”, – говорить професор Кюммет.

Інша велика перешкода полягає в тому, що 48 контрольних електродів чіпа повинні бути налаштовані вручну, і їх потрібно постійно підтримувати в налаштованому стані. Це доволі трудомістке завдання для людей, тому команда зараз шукає спосіб використовувати оптимізаційні алгоритми і машинне навчання для автоматизації процесу.

mm

Alex очолює новинний підрозділ Unite.AI, що працює на базі ШІ, поєднуючи журналістику, дослідження та автоматизацію для підтримки своєчасного та масштабованого висвітлення штучного інтелекту. Його робота допомагає забезпечити ефективне виявлення нових розробок ШІ, зберігаючи редакційні стандарти видання.