Künstlerische Darstellung des Kristallprismas Tony Melov
Quanteningenieure von UNSW Sydney haben ein Problem gelöst, das Wissenschaftler seit Jahrzehnten verwirrt: Wie man Millionen von Qubits in einem Silizium-Quantencomputerchip zuverlässig kontrolliertohneKostenvoller Platz mit zusätzlicher Verkabelung verschwenden.
Dieses Problem war ein bedeutendes Hindernis für die Entwicklung eines vollständigen Quantencomputer, aber dank der Ingenieure, die eine neue Technik entwickelt haben, die Millionen von Spin-Qubits gleichzeitig steuern kann, wurde es jetzt überwunden.
"Bis zu diesem Zeitpunkt war die Steuerung von Elektronenspin-Qubits darauf angewiesen, dass wir Mikrowellenmagnetfelder lieferten, indem wir einen Strom durch einen Draht direkt neben dem Qubit leiteten", sagte Teamleiter Dr. Jarryd Pla, Fakultätsmitglied an der School of Electrical Engineering der UNSW undTelekommunikation, in eine Pressemitteilungvon der Universität.
"Zunächst einmal nehmen die Magnetfelder mit der Entfernung sehr schnell ab, sodass wir nur die Qubits steuern können, die dem Draht am nächsten sind. Das bedeutet, dass wir immer mehr Drähte hinzufügen müssen, wenn wir immer mehr Qubits einbringen, wasnehmen viel Platz auf dem Chip ein", erklärte Pla.
Da der Chip bei eisigen Temperaturen betrieben werden muss, würde das Hinzufügen weiterer Drähte außerdem viel zu viel Wärme im Chip erzeugen und die Zuverlässigkeit der Qubits beeinträchtigen.
Finde "das fehlende Puzzleteil"
Das Team behauptet, in einer in veröffentlichten Veröffentlichung "das fehlende Puzzleteil" in der Quantencomputerarchitektur gefunden zu habenWissenschaftliche Fortschritte, was es ihnen ermöglichen sollte, die Millionen von Qubits zu verwalten, die für extrem komplizierte Berechnungen benötigt werden.
Ihre Lösung basiert auf einem völligen Umdenken in der Silizium-Chip-Architektur: Anstatt Tausende von Steuerdrähten auf ein winziges Silizium-Bauelement zu legen, das auch Millionen von Qubits enthält, untersuchten die Forscher die Möglichkeit, ein Magnetfeld zu verwenden, das von oberhalb des Chips erzeugt wird, umBetreiben Sie alle Qubits gleichzeitig.
Das Konzept, alle Qubits gleichzeitig zu steuern, wurde laut Pressemitteilung ursprünglich in den 1990er Jahren von Quantencomputing-Experten vorgeschlagen, aber bis heute hatte niemand eine praktikable Methode dafür gefunden.
Die Lösung: Ein dielektrischer Resonator
Die Ingenieure fanden die Lösung für dieses jahrzehntealte Problem, indem sie direkt über dem Siliziumchip eine neue Komponente hinzufügten – ein Kristallprisma, das als dielektrischer Resonator bekannt ist. Der Trick dabei ist, dass, wenn Mikrowellen in den Resonator geleitet werden, der Resonatorfokussiert die Wellenlänge der Mikrowellen auf eine viel kleinere Größe, sodass die Ingenieure "eine sehr effiziente Umwandlung der Mikrowellenleistung in das Magnetfeld erreichen, das die Spins aller Qubits steuert".
"Hier gibt es zwei wesentliche Neuerungen", erklärte Pla. "Die erste ist, dass wir nicht viel Kraft aufwenden müssen, um ein starkes Antriebsfeld für die Qubits zu bekommen, was entscheidend bedeutet, dass wir nicht viel erzeugenDie zweite ist, dass das Feld über den Chip sehr gleichmäßig ist, sodass Millionen von Qubits alle das gleiche Maß an Kontrolle erfahren."
Als die Resonatortechnologie getestet wurde, waren die Tests erfolgreich, und heute, dank dieser Entwicklung, sind Quantencomputer mit Tausenden von Qubits, um kommerziell bedeutende Probleme zu lösen, möglicherweise weniger als ein Jahrzehnt entfernt.
"Obwohl es technische Herausforderungen zu lösen gibt, bevor Prozessoren mit einer Million Qubits hergestellt werden können, sind wir begeistert von der Tatsache, dass wir jetzt eine Möglichkeit haben, sie zu kontrollieren", sagte Pla.
Das nächste Ziel des Teams besteht darin, diese neue Technik zu nutzen, um das Design kurzfristiger Silizium-Quantenprozessoren zu vereinfachen.Quantencomputertechnologiehat das Potenzial, den Klimawandel, die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen, die Code-Entschlüsselung und künstliche Intelligenz zu unterstützen.