วิศวกรควอนตัมจาก UNSW Sydney ได้ขจัดอุปสรรคสำคัญที่ขวางทางให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมกลายเป็นความจริง พวกเขาค้นพบเทคนิคใหม่ที่พวกเขากล่าวว่าจะสามารถควบคุมสปิน qubits ได้นับล้าน ซึ่งเป็นหน่วยข้อมูลพื้นฐานในโปรเซสเซอร์ซิลิคอนควอนตัม
จนถึงขณะนี้ วิศวกรคอมพิวเตอร์ควอนตัมและนักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานร่วมกับแบบจำลองการพิสูจน์แนวคิดของโปรเซสเซอร์ควอนตัมโดยแสดงให้เห็นถึงการควบคุมคิวบิตเพียงไม่กี่ตัว
แต่ทีมได้ค้นพบสิ่งที่พวกเขาคิดว่าเป็น "ชิ้นส่วนจิ๊กซอว์ที่หายไป" ในสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ควรเปิดใช้งานการควบคุม qubits นับล้านที่จำเป็นสำหรับการคำนวณที่ซับซ้อนเป็นพิเศษ
ทีมวิจัยต้องการไขปัญหาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมนิ่งงันมานานหลายทศวรรษ—จะควบคุม qubits ได้เพียงไม่กี่หรือหลายล้านได้อย่างไรโดยไม่ต้องใช้พื้นที่อันมีค่าด้วยการเดินสายไฟมากขึ้น ซึ่งใช้ไฟฟ้ามากกว่าและสร้างความร้อนมากขึ้น
จนถึงจุดนี้ การควบคุม qubits การหมุนของอิเล็กตรอนอาศัยเราในการส่งสนามแม่เหล็กไมโครเวฟโดยการวางกระแสผ่านเส้นลวดที่อยู่ข้าง qubit
สิ่งนี้ทำให้เกิดความท้าทายที่แท้จริง หากเราต้องการขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้นเป็นล้านคิวบิตที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องใช้ในการแก้ปัญหาที่สำคัญทั่วโลก เช่น การออกแบบวัคซีนใหม่
อย่างแรกเลย สนามแม่เหล็กจะลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะทาง ดังนั้นเราจึงสามารถควบคุมคิวบิตที่ใกล้กับเส้นลวดที่สุดเท่านั้น นั่นหมายความว่าเราจะต้องเพิ่มสายไฟมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเรานำเข้า qubits มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งจะใช้อสังหาริมทรัพย์จำนวนมากบนชิป
และเนื่องจากชิปต้องทำงานที่อุณหภูมิที่เย็นจนเยือกแข็ง ซึ่งต่ำกว่า -270 องศาเซลเซียส ดร.ปลากล่าวว่าการแนะนำสายไฟเพิ่มเติมจะทำให้เกิดความร้อนมากเกินไปในชิป ซึ่งรบกวนความน่าเชื่อถือของคิวบิต
ช่วงเวลาของหลอดไฟ
การแก้ปัญหานี้เกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างชิปซิลิกอนใหม่ทั้งหมด
แทนที่จะมีสายควบคุมหลายพันเส้นบนชิปซิลิกอนขนาดย่อส่วนเดียวกันซึ่งจำเป็นต้องมี qubits หลายล้านตัว ทีมงานได้พิจารณาความเป็นไปได้ในการสร้างสนามแม่เหล็กจากด้านบนชิปที่สามารถจัดการกับ qubits ทั้งหมดได้พร้อมกัน
แนวคิดในการควบคุม qubits ทั้งหมดพร้อมกันนี้เกิดขึ้นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมในทศวรรษ 1990 แต่จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครหาวิธีปฏิบัติจริงในการทำเช่นนี้
“ขั้นแรก เราถอดลวดที่อยู่ถัดจาก qubits ออก จากนั้นจึงคิดค้นวิธีใหม่ในการส่งมอบสนามแม่เหล็กควบคุมความถี่ไมโครเวฟทั่วทั้งระบบ โดยหลักการแล้ว เราสามารถส่งมอบฟิลด์ควบคุมได้ถึงสี่ล้านคิวบิต” ทีมวิจัยกล่าว
ทีมงานได้แนะนำส่วนประกอบใหม่โดยตรงเหนือชิปซิลิกอน ซึ่งเป็นปริซึมคริสตัลที่เรียกว่าไดอิเล็กตริกเรโซเนเตอร์ เมื่อไมโครเวฟถูกนำเข้าสู่เรโซเนเตอร์ มันจะเน้นความยาวคลื่นของไมโครเวฟให้มีขนาดเล็กลงมาก
ไดอิเล็กตริกเรโซเนเตอร์ลดความยาวคลื่นลงต่ำกว่าหนึ่งมิลลิเมตร ดังนั้นเราจึงแปลงพลังงานไมโครเวฟเป็นสนามแม่เหล็กที่ควบคุมการหมุนของควิบิตได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก
มีนวัตกรรมที่สำคัญสองประการที่นี่ อย่างแรกคือเราไม่ต้องใช้พลังงานมากเพื่อให้ได้สนามไดรฟ์ที่แข็งแกร่งสำหรับ qubits ซึ่งหมายความว่าเราไม่ได้สร้างความร้อนมากนัก อย่างที่สองคือ ฟิลด์มีความสม่ำเสมอทั่วทั้งชิป ดังนั้น qubits หลายล้านตัวจึงได้รับประสบการณ์การควบคุมในระดับเดียวกัน
ทีมควอนตัม
แม้ว่าทีมงานจะได้พัฒนาเครื่องสะท้อนเสียงต้นแบบแล้วก็ตาม เทคโนโลยีพวกเขาไม่มีซิลิคอนคิวบิตให้ทดสอบ ดังนั้นเขาจึงได้พูดคุยกับเพื่อนร่วมงานด้านวิศวกรรมของเขาที่ UNSW ซึ่งทีมงานของเขาได้สาธิตตรรกะควอนตัมตัวแรกและแม่นยำที่สุดในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตซิลิคอนแบบเดียวกับที่ใช้ในการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ทั่วไป
ครั้งหนึ่งเคยฝันถึงในปี 1980 เท่านั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้คิวบิตนับพันเพื่อแก้ปัญหาที่มีนัยสำคัญทางการค้าอาจอยู่ห่างออกไปไม่ถึงทศวรรษ ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขาถูกคาดหวังให้นำพลังยิงใหม่ๆ มาสู่การแก้ปัญหาความท้าทายระดับโลกและพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เนื่องจากความสามารถในการสร้างแบบจำลองระบบที่ซับซ้อนเป็นพิเศษ
การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การออกแบบยาและวัคซีน การถอดรหัสรหัส และ ปัญญาประดิษฐ์ ทั้งหมดล้วนได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัม
มองไปข้างหน้า
ขั้นต่อไป ทีมงานวางแผนที่จะใช้เทคโนโลยีใหม่นี้เพื่อลดความซับซ้อนในการออกแบบโปรเซสเซอร์ควอนตัมซิลิคอนระยะใกล้
การถอดสายควบคุมบนชิปจะเพิ่มพื้นที่ว่างสำหรับ qubits เพิ่มเติมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ทั้งหมดที่จำเป็นในการสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัม มันทำให้ขั้นตอนถัดไปในการผลิตอุปกรณ์ที่มี qubit หลายสิบตัวง่ายขึ้นมาก
แม้ว่าจะมีความท้าทายด้านวิศวกรรมที่ต้องแก้ไขก่อนที่จะสร้างโปรเซสเซอร์ที่มีล้านคิวบิตได้ แต่เรารู้สึกตื่นเต้นกับความจริงที่ว่าตอนนี้เรามีวิธีในการควบคุมโปรเซสเซอร์เหล่านี้
ELE ไทม์ส
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsGlobal Chip Crunch อาจคงอยู่จนถึงปี 2023 Infineon CEO
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsการใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกเพื่อให้นักปั่นจักรยานได้รับ 'คลื่นสีเขียว' ที่สัญญาณไฟจราจร
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsอินเดียคิดค้นเทคโนโลยีที่สร้างไฮโดรเจนโดยตรงจากสารตกค้างทางการเกษตร
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsการศึกษากล่าวว่า 'ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน' นั้นไม่ดีต่อสภาพอากาศ