Insinyur kuantum dari UNSW Sydney telah menghilangkan hambatan utama yang menghalangi komputer kuantum menjadi kenyataan. Mereka menemukan teknik baru yang mereka katakan akan mampu mengendalikan jutaan spin qubit—unit dasar informasi dalam prosesor kuantum silikon.
Hingga saat ini, para insinyur dan ilmuwan komputer kuantum telah bekerja dengan model pembuktian konsep prosesor kuantum dengan menunjukkan kontrol hanya segelintir qubit.
Tetapi tim telah menemukan apa yang mereka anggap sebagai "potongan jigsaw yang hilang" dalam arsitektur komputer kuantum yang seharusnya memungkinkan kontrol jutaan qubit yang diperlukan untuk perhitungan yang luar biasa rumit.
Tim peneliti ingin memecahkan masalah yang telah membingungkan para ilmuwan komputer kuantum selama beberapa dekade — bagaimana mengontrol tidak hanya beberapa tetapi jutaan qubit tanpa mengambil ruang berharga dengan lebih banyak kabel, yang menggunakan lebih banyak listrik dan menghasilkan lebih banyak panas.
Hingga saat ini, pengontrolan qubit spin elektron mengandalkan kami untuk mengirimkan medan magnet gelombang mikro dengan mengalirkan arus melalui kabel tepat di samping qubit.
Ini menimbulkan beberapa tantangan nyata jika kita ingin meningkatkan hingga jutaan qubit yang dibutuhkan komputer kuantum untuk memecahkan masalah yang signifikan secara global, seperti desain vaksin baru.
Pertama, medan magnet turun sangat cepat dengan jarak, jadi kami hanya dapat mengontrol qubit yang paling dekat dengan kabel. Itu berarti kami perlu menambahkan lebih banyak kabel karena kami membawa lebih banyak qubit, yang akan memakan banyak real estat pada chip.
Dan karena chip harus beroperasi pada suhu dingin yang membekukan, di bawah -270 °C, Dr. Pla mengatakan bahwa memasukkan lebih banyak kabel akan menghasilkan terlalu banyak panas dalam chip, mengganggu keandalan qubit.
Momen bola lampu
Solusi untuk masalah ini melibatkan konsep ulang yang lengkap dari struktur chip silikon.
Daripada memiliki ribuan kabel kontrol pada chip silikon berukuran thumbnail yang sama yang juga perlu mengandung jutaan qubit, tim melihat kelayakan menghasilkan medan magnet dari atas chip yang dapat memanipulasi semua qubit secara bersamaan.
Gagasan untuk mengendalikan semua qubit secara bersamaan ini pertama kali dikemukakan oleh para ilmuwan komputasi kuantum pada 1990-an, tetapi sejauh ini, tidak ada yang menemukan cara praktis untuk melakukan ini, sampai sekarang.
“Pertama kami melepas kabel di sebelah qubit dan kemudian menemukan cara baru untuk mengirimkan medan kontrol magnetik frekuensi gelombang mikro ke seluruh sistem. Jadi pada prinsipnya, kami dapat mengirimkan bidang kontrol hingga empat juta qubit, ”kata tim Peneliti.
Tim memperkenalkan komponen baru tepat di atas chip silikon—prisma kristal yang disebut resonator dielektrik. Ketika gelombang mikro diarahkan ke resonator, ia memfokuskan panjang gelombang gelombang mikro ke ukuran yang jauh lebih kecil.
Resonator dielektrik mengecilkan panjang gelombang di bawah satu milimeter, jadi kita sekarang memiliki konversi daya gelombang mikro yang sangat efisien menjadi medan magnet yang mengontrol putaran semua qubit.
Ada dua inovasi kunci di sini. Yang pertama adalah kita tidak perlu mengeluarkan banyak tenaga untuk mendapatkan medan penggerak yang kuat untuk qubit, yang berarti kita tidak menghasilkan banyak panas. Yang kedua adalah bahwa medannya sangat seragam di seluruh chip, sehingga jutaan qubit semuanya mengalami tingkat kontrol yang sama.
Tim kuantum
Meski tim telah mengembangkan prototipe resonator teknologi, mereka tidak memiliki qubit silikon untuk mengujinya. Jadi dia berbicara dengan rekan tekniknya di UNSW yang timnya selama satu dekade terakhir telah mendemonstrasikan logika kuantum pertama dan paling akurat menggunakan teknologi manufaktur silikon yang sama dengan yang digunakan untuk membuat chip komputer konvensional.
Dulu hanya diimpikan di tahun 1980-an, komputer kuantum yang menggunakan ribuan qubit untuk memecahkan masalah komersial sekarang mungkin kurang dari satu dekade lagi. Di luar itu, mereka diharapkan membawa daya tembak baru untuk memecahkan tantangan global dan mengembangkan teknologi baru karena kemampuan mereka untuk memodelkan sistem yang sangat kompleks.
Perubahan iklim, desain obat dan vaksin, dekripsi kode dan kecerdasan buatan semua mendapat manfaat dari teknologi komputasi kuantum.
Melihat ke depan
Selanjutnya, tim berencana untuk menggunakan teknologi baru ini untuk menyederhanakan desain prosesor kuantum silikon jangka pendek.
Melepaskan kabel kontrol on-chip membebaskan ruang untuk qubit tambahan dan semua elektronik lain yang diperlukan untuk membangun prosesor kuantum. Itu membuat tugas untuk melanjutkan ke langkah berikutnya dalam memproduksi perangkat dengan beberapa puluh qubit jauh lebih sederhana.
Meskipun ada tantangan teknis yang harus diselesaikan sebelum prosesor dengan sejuta qubit dapat dibuat, kami senang dengan kenyataan bahwa kami sekarang memiliki cara untuk mengendalikannya.
Waktu ELE
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsGlobal Chip Crunch Dapat Bertahan hingga 2023, kata CEO Infineon
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsMenggunakan Algoritma Deep Learning untuk Memberi Pesepeda 'Gelombang Hijau' di Sinyal Lalu Lintas
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsIndia Menginovasi Teknologi yang Menghasilkan Hidrogen Langsung dari Residu Pertanian
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsStudi Mengatakan 'Hidrogen Biru' Kemungkinan Buruk untuk Iklim