Najpomembnejša ovira pri kvantnem računanju: Kvantna logična vrata v siliciju, zgrajena za prvič, kar omogoča izračune med dvema kubitoma informacij | 2020

Vsebina:

Anonim

"Kar imamo, je sprememba igre," je dejal vodja ekipe Andrew Dzurak, profesor Scientia in direktor avstralskega nacionalnega objekta za izdelavo na UNSW.

"Pokazali smo dvokvitna logična vrata - osrednji gradnik kvantnega računalnika - in bistveno naredila to v siliciju. Ker uporabljamo v bistvu enako tehnologijo naprave kot obstoječi računalniški čipi, menimo, da bo veliko lažje je izdelati procesorski čip polne velikosti kot katerikoli vodilni model, ki temelji na bolj eksotičnih tehnologijah.

"Zaradi tega je gradnja kvantnega računalnika veliko bolj izvedljiva, saj temelji na isti proizvodni tehnologiji kot današnja računalniška industrija," je dodal.

Vnaprej predstavlja končno fizično komponento, ki je potrebna za uresničitev obljube super močnih silicijevih kvantnih računalnikov, ki izkoriščajo znanost o zelo majhnem - čudnem obnašanju subatomskih delcev - za reševanje računalniških izzivov, ki so izven dosega tudi današnjih. najhitrejši superračunalniki.

Pri klasičnih računalnikih se podatki pretvarjajo kot binarni bit, ki so vedno v enem od dveh stanj: 0 ali 1. Vendar pa lahko kvantni bit (ali "qubit") obstaja v obeh teh državah hkrati, stanje, poznano kot superpozicija. Operacija qubit izkorišča to kvantno nenavadnost tako, da omogoča vzporedno izvajanje številnih izračunov (sistem z dvema qubitoma izvaja operacijo na 4 vrednostih, trikvbitni sistem na 8 in tako naprej).

"Če želimo, da kvantni računalniki postanejo resničnost, je bistvenega pomena sposobnost za izvajanje izračunov z enim in dvema kvotama," je dejal Dzurak, ki je skupaj vodil ekipo leta 2012, ki je predstavila prvi silicijski qubit, o katerem so poročali tudi v Narava .

Do sedaj ni bilo mogoče razpravljati o dveh kvantnih bitih - in s tem ustvariti logična vrata - z uporabo silicija. Toda ekipa UNSW, ki sodeluje z profesorjem Koheijem M. Itohom z japonske univerze Keio, je to storila prvič.

Rezultat pomeni, da so vsi fizični gradniki za kvantni računalnik, ki temelji na siliciju, zdaj uspešno zgrajeni, kar omogoča inženirjem, da končno začnejo z načrtovanjem in izgradnjo delujočega kvantnega računalnika.

Ključna prednost pristopa UNSW je, da so preoblikovali "tranzistorje", ki se uporabljajo za definiranje bitov v obstoječih silicijevih čipih, in jih pretvorili v qubite. "Silicijev čip v vašem pametnem telefonu ali tabličnem računalniku že vsebuje približno milijardo tranzistorjev, pri čemer je vsak tranzistor manjši od 100 milijardinke velikosti metra," je dejal dr. Menno Veldhorst, raziskovalni sodelavec UNSW in glavni avtor Narava papirja.

"Te silicijeve tranzistorje smo pretvorili v kvantne bite, tako da zagotovimo, da je vsak povezan z njim samo en elektron. Nato shranimo binarno kodo 0 ali 1 na" spin "elektrona, ki je povezan z drobnim magnetnim elektronom polje, "je dodal.

Dzurak je opozoril, da je ekipa v zadnjem času "patentirala zasnovo za celovit kvantni računalniški čip, ki bi omogočal milijone naših qubitov, in sicer vse vrste izračunov, ki smo jih pravkar eksperimentalno dokazali."

Dejal je, da je ključni naslednji korak za projekt identifikacija ustreznih industrijskih partnerjev, s katerimi bi sodelovali pri izdelavi celotnega kvantnega procesorskega čipa.

Takšen obsežen kvantni procesor bi imel velike aplikacije v sektorjih financ, varnosti in zdravstva, kar bi omogočilo identifikacijo in razvoj novih zdravil, saj bi močno pospešilo računalniško podprto načrtovanje farmacevtskih spojin (in čim bolj zmanjšalo dolgotrajno preskušanje poskusov in napak); razvoj novih, lažjih in močnejših materialov, ki zajemajo potrošniško elektroniko za zrakoplove; in hitrejše iskanje po velikih bazah podatkov.