Новый рекорд квантовых вычислений: управление 6-кубитным процессором в кремнии
На пути к полностью функционирующим и способным квантовым компьютерам был побит еще один рекорд: полный контроль над 6-кубитным квантовым процессором в кремнии.
Исследователи называют это «главной ступенькой» для технологии.
Кубиты (или квантовые биты) — это квантовые эквиваленты классических вычислительных битов, только потенциально они могут обрабатывать гораздо больше информации. Благодаря квантовой физике они могут находиться в двух состояниях одновременно, а не только в одном или одном 0.
Сложность заключается в том, чтобы заставить множество кубитов вести себя так, как нам нужно, поэтому этот скачок до шести важен. Возможность работать с ними в кремнии — том же материале, который используется в современных электронных устройствах — делает технологию потенциально более жизнеспособной.
«Сегодня задача квантовых вычислений состоит из двух частей», — говорит исследователь квантовых вычислений Стефан Филипс из Делфтский технологический университет в Нидерландах. «Разработка кубитов достаточно хорошего качества и разработка архитектуры, позволяющей создавать большие системы кубитов».
«Наша работа подходит под обе категории. И поскольку общая цель — создание квантового компьютера это огромные усилия, я думаю, будет справедливо сказать, что мы внесли вклад в правильном направлении».
Кубиты состоят из отдельных электронов, закрепленных в ряд на расстоянии 90 нанометров друг от друга (человеческий волос около 75 000 нанометров в диаметре). Эта линия «квантовых точек» помещена в кремний с использованием структуры, аналогичной транзисторам, используемым в стандартных процессорах.
Тщательно улучшив способы подготовки, управления и контроля электронов, команда смогла успешно контролировать их вращение — квантовую механическое свойство, которое обеспечивает состояние кубита.
Исследователи также смогли создавать логические вентили и запутывать системы из двух или трех электронов по требованию с низким уровнем ошибок.
Исследователи использовали микроволновое излучение, магнитные поля и электрические потенциалы для контроля и считывания спина электронов, использования их как кубитов и обеспечения их взаимодействия друг с другом по мере необходимости.
«В этом исследовании мы расширяем границы возможного. количество кубитов в кремнии и добиться высокой точности инициализации, высокой точности считывания, высокой точности вентилей с одним кубитом и высокой точности состояний с двумя кубитами», — говорит инженер-электрик Ливен Вандерсипен, также из Делфтского технологического университета.
«Что действительно выделяется, так это то, что мы демонстрируем все эти характеристики вместе в одном эксперименте на рекордном количестве кубитов.»
До этого момента только 3-кубитные процессоры были успешно встроены в кремний и контролировались до необходимого уровня качества — так что мы’ речь идет о большом шаге вперед с точки зрения того, что возможно в этом типе кубитов.
Существуют разные способы создания кубитов, в том числе на сверхпроводниках, где гораздо больше кубитов используется вместе, и ученые все еще выяснение метода, который может быть лучшим путем вперед.
Преимущество кремния заключается в том, что все цепочки производства и поставок уже налажены, а это означает, что переход от научной лаборатории к реальной машине должен быть более быстрым. простой. Работа продолжается, чтобы поднять рекорд кубитов еще выше.
«При тщательном проектировании можно увеличить количество кремниевых спиновых кубитов, сохраняя при этом ту же точность, что и для одиночных кубитов», — говорит инженер-электрик Матеуш Мадзик из Делфтского технологического университета.
«Ключевой строительный блок, разработанный в этом исследовании, может быть использован для добавления еще большего количества кубитов в следующих итерациях исследования».
Исследование опубликовано в природе.
