UNSW Sydneyの量子エンジニアは、量子コンピューターの実現を妨げる大きな障害を取り除きました。 彼らは、シリコン量子プロセッサの情報の基本単位である数百万のスピン量子ビットを制御できると彼らが言う新しい技術を発見しました。
これまで、量子コンピューターのエンジニアと科学者は、ほんの一握りの量子ビットの制御を実証することにより、量子プロセッサーの概念実証モデルを使用してきました。
しかし、チームは、非常に複雑な計算に必要な数百万の量子ビットの制御を可能にするはずの、量子コンピューターアーキテクチャーの「欠けているジグソーピース」と見なすものを見つけました。
研究チームは、量子コンピューターの科学者を何十年も悩ませてきた問題、つまり、より多くの電力とより多くの熱を生成するより多くの配線で貴重なスペースを占有せずに、数個だけでなく数百万個のキュービットを制御する方法を解明したいと考えていました。
この時点まで、電子スピン量子ビットの制御は、量子ビットのすぐ横にあるワイヤーに電流を流すことによってマイクロ波磁場を供給することに依存していました。
量子コンピューターが新しいワクチンの設計などの世界的に重要な問題を解決するために必要となる数百万キュービットにスケールアップしたい場合、これはいくつかの現実的な課題を提起します。
まず、磁場は距離とともに非常に速く低下するため、ワイヤーに最も近いキュービットしか制御できません。 つまり、より多くのキュービットを取り込むにつれて、より多くのワイヤを追加する必要があり、チップ上の多くの領域を占有することになります。
また、チップは-270°C未満の氷点下の低温で動作する必要があるため、Pla博士は、ワイヤを増やすとチップ内で熱が発生しすぎて、キュービットの信頼性が損なわれると述べています。
ひらめいた
この問題の解決策には、シリコンチップ構造の完全な再考が含まれていました。
チームは、同じサムネイルサイズのシリコンチップ上に数千の制御ワイヤを配置し、数百万の量子ビットを含める必要があるのではなく、チップの上からすべての量子ビットを同時に操作できる磁場を生成する可能性を検討しました。
すべての量子ビットを同時に制御するというこのアイデアは、1990年代に量子コンピューティングの科学者によって最初に提唱されましたが、これまで、これを行うための実用的な方法を考案した人は今まで誰もいませんでした。
「最初にキュービットの隣のワイヤーを取り外し、次にシステム全体にマイクロ波周波数の磁場を供給する新しい方法を考え出しました。 したがって、原則として、最大XNUMX万キュービットまで制御フィールドを提供できます」と研究チームは述べています。
チームは、シリコンチップの真上に誘電体共振器と呼ばれる水晶プリズムという新しいコンポーネントを導入しました。 マイクロ波が共振器に向けられると、マイクロ波の波長がはるかに小さいサイズに焦点を合わせます。
誘電体共振器は波長をXNUMXミリメートル未満に縮小するため、マイクロ波電力をすべてのキュービットのスピンを制御する磁場に非常に効率的に変換できるようになりました。
ここにはXNUMXつの重要な革新があります。 XNUMXつ目は、キュービットの強力な駆動フィールドを取得するために多くの電力を投入する必要がないことです。これは、非常に多くの熱を発生しないことを意味します。 XNUMXつ目は、フィールドがチップ全体で非常に均一であるため、数百万のキュービットがすべて同じレベルの制御を経験することです。
量子チームアップ
チームはプロトタイプの共振器を開発していましたが、 テクノロジー、彼らはそれをテストするためのシリコン量子ビットを持っていませんでした。そこで彼は、過去 10 年間にわたり、従来のコンピューター チップの製造に使用されているのと同じシリコン製造技術を使用して、最初で最も正確な量子ロジックを実証してきた UNSW の工学部の同僚に話を聞きました。
かつては1980年代に夢見ただけでしたが、商業的に重要な問題を解決するために数千キュービットを使用する量子コンピューターは、今ではXNUMX年以内にあるかもしれません。 それを超えて、彼らは非常に複雑なシステムをモデル化する能力のために、グローバルな課題を解決し、新しい技術を開発するために新しい火力をもたらすことが期待されています。
気候変動、薬物とワクチンの設計、コードの解読、 人工知能 すべてが量子コンピューティング技術の恩恵を受ける立場にあります。
今後
次に、チームはこの新しいテクノロジーを使用して、短期的なシリコン量子プロセッサの設計を簡素化することを計画しています。
オンチップ制御ワイヤを取り外すと、追加の量子ビットや、量子プロセッサの構築に必要な他のすべての電子機器のためのスペースが解放されます。 これにより、数十キュービットのデバイスを製造する次のステップに進む作業がはるかに簡単になります。
XNUMX万キュービットのプロセッサを製造する前に解決すべきエンジニアリング上の課題がありますが、それらを制御する方法があるという事実に興奮しています。
ELEタイムズ
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