Kvantni računalniki: novi silicijski čip nas je zbližal, pravi njegov ustvarjalec

Andrew Dzurak rad razmišlja v smislu velike slike, čeprav se še ni vse osredotočilo.

Je profesor inženirja na Univerzi v New South Walesu v Sydneyju in direktor avstralskega nacionalnega objekta za izdelavo. Cilj Dzuraka je ustvariti prvi praktični kvantni računalnik. In verjame, da je na novo odkrita zasnova njegovega kvantnega računalniškega čipa morda ključni prvi korak k tej destinaciji - in vse se gradi na arhitekturi silicijevega čipa, ki poganja današnje računalnike.

"Zagotavlja" vizijo "ali" pot "za izgradnjo obsežnega kvantnega procesorja, z milijoni kubitov, ki bodo potrebni za reševanje vrste pomembnih problemov," pravi. Inverse.

Kvantno računalništvo je napredek, ki bi lahko bil opredelitev tehnološkega dosežka 21. stoletja - ob predpostavki, da seveda v naslednjih 83 letih. To ni gotovost, saj bi moral imeti popolnoma delujoč kvantni računalnik na milijonih kvantnih bitov ali kbitov na vsakem čipu. Tisti, ki se razvijajo na mestih, kot je Google, izstopijo na približno 50 kvbitih, brez zagotovila, da se lahko ti modeli povečajo navzgor.

Toda, kot pojasnjujejo Dzurak in njegovi kolegi raziskovalci v dokumentu, ki je bil objavljen v petek Nature Communications, verjamejo, da je njihov dizajn lahko zgrajen tako, da vključuje zahtevano menagerijo kubitov, pri čemer vsaka izkorišča kvantno nenavadnost za preseganje omejitev binarnosti in hitro reševanje problemov, ki bi vzeli tradicionalne računalnike na milijone let.

»To je zelo poenostavljena analogija, toda mislim, da bi lahko rekli, da je nekako tako, kot če bi imela moštvovska ekipa popolno zasnovo za celotno misijo, vključno z raketnimi motorji, časovno razporeditvijo etap, modula za pristajanje, vesoljskih oblek, itd., «pravi. »Da bi uresničili velik projekt, morate imeti vizijo, kako se vse ujema, in to je tisto, kar smo si prizadevali narediti s tem dokumentom.«

Dzurakova ekipa se osredotoča na silicijeve kvantne čipe, enega od petih glavnih kandidatov za arhitekturo kvantnega računalnika. Njegova glavna prednost je, da gre za razširitev tehnologije silicijevih čipov, ki je že v uporabi, kar ponuja grobo vodilo za to, kako narediti qubite dovolj majhne, ​​da bodo lahko na enem čipu ustrezala milijonom.

"Mislim, da je pošteno reči, da ne bi večji del svojega življenja posvetil silicijskim bitjem, če ne bi mislil, da je prava pot," pravi, čeprav priznava zmožnost miniaturiranja teh bitov. ustvarjanje dodatnih vprašanj. »To je pravzaprav pomembna prednost pred ostalimi quibiti, ker pomeni, da lahko na en sam čip zapakirate veliko več qubitov, toda ustvarja tudi nekaj izzivov pri pridobivanju toliko kontrolnih linij v majhnem obsegu. Deloma je to eden od ključnih izzivov, ki ga želi obravnavati naš dokument. «

Dejstvo, da imajo ti čipi toliko funkcij z današnjimi čipi, pomeni tudi, da jih je mogoče izdelati z uporabo že obstoječih in uporabljenih materialov. Dokument podrobneje opisuje, kako ta zasnova rešuje več tehničnih vprašanj, kot je popravljanje napak v izračunih qubit in izgradnja vezja, potrebnega za nadzor in branje vseh teh milijonov kvantnih komponent.

Torej, koliko nas to bolj približuje resničnemu, praktičnemu kvantnemu računalniku?

"Želimo začeti uporabljati procese proizvodnje silicijevih čipov, da bi najprej naredili majhen (recimo 10-kbitni) sistem, to je cilj številka ena, za katerega upamo, da bomo dosegli v 3 do 5 letih," pravi Dzurak. „Nato želimo zgraditi večjo stopnjo integracije, pri čemer želimo doseči 100 kbit v približno 6-10 letih. Pri približno 100 kbitih bi imeli prototip, ki bi se lahko sčasoma še povečal, vendar bi ga lahko že uporabili pri nekaterih zanimivih problemih.

Dzurak pravi, da so ti časovni roki zelo odvisni od tega, koliko naložb prejme njegova skupina. Uresničitev vizije skupine za pravi kvantni računalnik bo prinesla precejšnja sredstva. Toda vsaj ta vizija ni bila nikoli jasnejša.

"Ko sem začel s projektnim delom, sem si želel vizualizirati, kako bi lahko izgledal popoln kvantni računalniški čip," pravi. »To je bilo zelo pomembno, saj je poudarilo tako prednosti uporabe silicija kot tudi izzive pri izdelavi celotnega kvantnega procesorja. Še vedno obstajajo resnični inženirski izzivi, ki bodo vzeli možgane in odločenost, da se rešijo, zdaj pa imamo pravo tarčo.