Η νέα μέθοδος ελέγχου περιστροφής φέρνει πιο κοντά τα κβαντικά τσιπ δισεκατομμυρίων qubit

[et_pb_section fb_built=”1″ admin_label=”section” _builder_version=”4.16″ global_colors_info=”{}”][et_pb_row admin_label=”row” _builder_version=”4.16″position background_size=”initial” ” global_colors_info=”{}”][et_pb_column type=”4_4″ _builder_version=”4.16″ custom_padding=”|||” global_colors_info=”{}” custom_padding__hover=”|||”][et_pb_text admin_label=”Text” _builder_version=”4.16″ background_size=”initial” background_position=”top_left” background_repeat=”repeat” global_colors_info

Αυστραλοί μηχανικοί ανακάλυψαν έναν νέο τρόπο ακριβούς ελέγχου μεμονωμένων ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε κβαντικές κουκκίδες που εκτελούν λογικές πύλες. Επιπλέον, ο νέος μηχανισμός είναι λιγότερο ογκώδης και απαιτεί λιγότερα εξαρτήματα, κάτι που θα μπορούσε να αποδειχθεί απαραίτητο για την υλοποίηση κβαντικών υπολογιστών πυριτίου μεγάλης κλίμακας.

Η τρελή ανακάλυψη, που έγινε από μηχανικούς της εκκίνησης κβαντικών υπολογιστών Diraq και UNSW Sydney, περιγράφεται λεπτομερώς στο περιοδικό Φύση Νανοτεχνολογία.

«Αυτό ήταν ένα εντελώς νέο αποτέλεσμα που δεν είχαμε δει ποτέ πριν, το οποίο δεν καταλάβαμε καλά στην αρχή», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Will Gilbert, μηχανικός κβαντικών επεξεργαστών στο Diraq, μια εταιρεία spin-off του UNSW με έδρα το Σίδνεϊ. πανεπιστημιούπολη. «Αλλά έγινε γρήγορα σαφές ότι αυτός ήταν ένας ισχυρός νέος τρόπος ελέγχου των περιστροφών σε μια κβαντική κουκκίδα. Και αυτό ήταν εξαιρετικά συναρπαστικό.”

Οι λογικές πύλες είναι το βασικό δομικό στοιχείο όλων των υπολογισμών. Επιτρέπουν σε «bits»—ή δυαδικά ψηφία (0 και 1)—να συνεργάζονται για την επεξεργασία πληροφοριών. Ωστόσο, ένα κβαντικό bit (ή qubit) υπάρχει και στις δύο αυτές καταστάσεις ταυτόχρονα, μια συνθήκη γνωστή ως «υπέρθεση». Αυτό επιτρέπει μια πληθώρα στρατηγικών υπολογισμού—μερικές εκθετικά ταχύτερες, άλλες που λειτουργούν ταυτόχρονα—που ξεπερνούν τους κλασικούς υπολογιστές. Τα ίδια τα Qubits αποτελούνται από «κβαντικές κουκίδες«μικροσκοπικές νανοσυσκευές που μπορούν να παγιδεύσουν ένα ή λίγα ηλεκτρόνια. Ο ακριβής έλεγχος των ηλεκτρονίων είναι απαραίτητος για να πραγματοποιηθεί ο υπολογισμός.

Οι μηχανικοί της Diraq ανακάλυψαν έναν νέο τρόπο ακριβούς ελέγχου μεμονωμένων ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε κβαντικές κουκκίδες που τρέχουν λογικές πύλες, φέρνοντας την πραγματικότητα της επίτευξης κβαντικών τσιπ δισεκατομμυρίων qubit πιο κοντά. Επιπλέον, ο νέος μηχανισμός είναι λιγότερο ογκώδης και απαιτεί λιγότερα εξαρτήματα, κάτι που θα μπορούσε να αποδειχθεί απαραίτητο για την υλοποίηση κβαντικών υπολογιστών πυριτίου μεγάλης κλίμακας. Πίστωση: Diraq

Χρήση ηλεκτρικών αντί για μαγνητικών πεδίων

Ενώ πειραματιζόταν με διαφορετικούς γεωμετρικούς συνδυασμούς συσκευών μεγέθους μόλις δισεκατομμυριοστών του μέτρου που ελέγχουν κβαντικές κουκκίδες, μαζί με διάφορους τύπους μικροσκοπικών μαγνητών και κεραιών που καθοδηγούν τις λειτουργίες τους, ο Δρ. Tuomo Tanttu ανακάλυψε ένα παράξενο φαινόμενο.

«Προσπαθούσα να χειριστώ με μεγάλη ακρίβεια μια πύλη δύο qubit, επαναλαμβάνοντας πολλές διαφορετικές συσκευές, ελαφρώς διαφορετικές γεωμετρίες, διαφορετικές στοίβες υλικών και διαφορετικές τεχνικές ελέγχου», θυμάται ο Δρ. Tanttu, μηχανικός μετρήσεων στο Diraq. «Τότε εμφανίστηκε αυτή η παράξενη κορυφή. Φαινόταν ότι ο ρυθμός περιστροφής για ένα από τα qubit επιταχύνθηκε, κάτι που δεν είχα ξαναδεί στα τέσσερα χρόνια που εκτελούσα αυτά τα πειράματα».

Αυτό που είχε ανακαλύψει, όπως συνειδητοποίησαν αργότερα οι μηχανικοί, ήταν ένας νέος τρόπος χειρισμού της κβαντικής κατάστασης ενός μόνο qubit χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά πεδία, αντί για τα μαγνητικά πεδία που χρησιμοποιούσαν προηγουμένως. Από την ανακάλυψη που έγινε το 2020, οι μηχανικοί τελειοποιούν την τεχνική — η οποία έχει γίνει ένα ακόμη εργαλείο στο οπλοστάσιό τους για να εκπληρώσουν τη φιλοδοξία του Diraq να κατασκευάσει δισεκατομμύρια qubits σε ένα μόνο τσιπ.

"Αυτός είναι ένας νέος τρόπος χειρισμού qubits και είναι λιγότερο ογκώδης στην κατασκευή του - δεν χρειάζεται να κατασκευάσετε μικρομαγνήτες κοβαλτίου ή μια κεραία ακριβώς δίπλα στα qubits για να δημιουργήσετε το εφέ ελέγχου", είπε ο Gilbert. «Καταργεί την απαίτηση τοποθέτησης επιπλέον δομών γύρω από κάθε πύλη. Έτσι, υπάρχει λιγότερη ακαταστασία».

Ο έλεγχος μεμονωμένων ηλεκτρονίων χωρίς να διαταράσσονται άλλα που βρίσκονται κοντά είναι απαραίτητος για την κβαντική επεξεργασία πληροφοριών στο πυρίτιο. Υπάρχουν δύο καθιερωμένες μέθοδοι:συντονισμός σπιν ηλεκτρονίων"(ESR) χρησιμοποιώντας μια ενσωματωμένη κεραία μικροκυμάτων και ηλεκτρικό διπολικό συντονισμό σπιν (EDSR), ο οποίος βασίζεται σε μια επαγόμενη κλίση μαγνητικό πεδίοΗ πρόσφατα ανακαλυφθείσα τεχνική είναι γνωστή ως «εγγενής EDSR περιστροφικής τροχιάς».

«Κανονικά, σχεδιάζουμε τις κεραίες μικροκυμάτων μας για να παρέχουν καθαρά μαγνητικά πεδία», δήλωσε ο Δρ. Tanttu. «Αλλά αυτός ο συγκεκριμένος σχεδιασμός κεραίας δημιούργησε περισσότερο ηλεκτρικό πεδίο από όσο θέλαμε - και αυτό αποδείχθηκε τυχερό, επειδή ανακαλύψαμε ένα νέο φαινόμενο που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να χειριστούμε qubits. Αυτή είναι η τύχη για εσάς».

Η Discovery φέρνει πιο κοντά την κβαντική υπολογιστική πυριτίου

«Πρόκειται για ένα κόσμημα νέου μηχανισμού, το οποίο απλώς προσθέτει στον πλούτο της ιδιόκτητης τεχνολογίας που έχουμε αναπτύξει τα τελευταία 20 χρόνια έρευνας», δήλωσε ο καθηγητής Andrew Dzurak, Διευθύνων Σύμβουλος και Ιδρυτής της Diraq, και Καθηγητής Κβαντικής Μηχανικής στο UNSW, ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας που κατασκεύασε την πρώτη κβαντική λογική πύλη από πυρίτιο το 2015.

«Βασίζεται στο έργο μας για να κάνουμε την κβαντική υπολογιστική στο πυρίτιο πραγματικότητα, βασισμένη ουσιαστικά στην ίδια τεχνολογία ημιαγωγικών εξαρτημάτων με τα υπάρχοντα τσιπ υπολογιστών, αντί να βασίζεται σε εξωτικά υλικά», πρόσθεσε. «Δεδομένου ότι βασίζεται στην ίδια τεχνολογία CMOS με τη σημερινή βιομηχανία υπολογιστών, η προσέγγισή μας θα διευκολύνει και θα επιταχύνει την κλιμάκωση για εμπορική παραγωγή και θα επιτύχει τον στόχο μας να κατασκευάσουμε δισεκατομμύρια qubits σε ένα...» ενιαίο τσιπ. "

Το CMOS (ή συμπληρωματικό μεταλλικό οξείδιο-ημιαγωγό, προφέρεται «see-moss») είναι η διαδικασία κατασκευής στην καρδιά των σύγχρονων υπολογιστών. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή κάθε είδους εξαρτημάτων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων—συμπεριλαμβανομένων μικροεπεξεργαστών, μικροελεγκτών, τσιπ μνήμης και άλλων ψηφιακών λογικών κυκλωμάτων, καθώς και αναλογικών κυκλωμάτων όπως αισθητήρες εικόνας και μετατροπείς δεδομένων.

Η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή έχει χαρακτηριστεί ως ο «διαστημικός αγώνας του 21ου αιώνα» - μια δύσκολη και φιλόδοξη πρόκληση με τη δυνατότητα να προσφέρει επαναστατικά εργαλεία για την αντιμετώπιση κατά τα άλλα αδύνατων υπολογισμών, όπως ο σχεδιασμός σύνθετων φαρμάκων και προηγμένων υλικών ή η ταχεία αναζήτηση τεράστιων, μη ταξινομημένων βάσεων δεδομένων.

«Συχνά σκεφτόμαστε την προσεδάφιση στη Σελήνη ως το μεγαλύτερο τεχνολογικό θαύμα της ανθρωπότητας», δήλωσε ο Dzurak. «Αλλά η αλήθεια είναι ότι τα σημερινά τσιπ CMOS -με δισεκατομμύρια λειτουργικές συσκευές ενσωματωμένες μεταξύ τους για να λειτουργούν σαν συμφωνία, και τα οποία κουβαλάς στην τσέπη σου- είναι ένα εκπληκτικό τεχνικό επίτευγμα, το οποίο έχει φέρει επανάσταση στη σύγχρονη ζωή. Η κβαντική υπολογιστική θα είναι εξίσου εκπληκτική».

Πηγή: Η νέα μέθοδος ελέγχου περιστροφής φέρνει πιο κοντά τα κβαντικά τσιπ δισεκατομμυρίων qubit

[/ et_pb_text] [/ et_pb_column] [/ et_pb_row] [/ et_pb_section]