UNSW Sydney'den kuantum mühendisleri, kuantum bilgisayarların gerçeğe dönüşmesinin önünde duran büyük bir engeli ortadan kaldırdı. Milyonlarca spin kubiti (silikon kuantum işlemcideki temel bilgi birimleri) kontrol edebileceklerini söyledikleri yeni bir teknik keşfettiler.
Şimdiye kadar kuantum bilgisayar mühendisleri ve bilim insanları, yalnızca bir avuç kübitin kontrolünü göstererek kuantum işlemcilerin kavram kanıtlama modeliyle çalıştılar.
Ancak ekip, kuantum bilgisayar mimarisinde, olağanüstü derecede karmaşık hesaplamalar için gereken milyonlarca kubitin kontrolünü mümkün kılacak, "eksik yapboz parçası" olarak değerlendirdikleri şeyi buldu.
Araştırma ekibi, kuantum bilgisayar bilimcilerini onlarca yıldır şaşkına çeviren sorunu çözmek istiyordu: Daha fazla elektrik kullanan ve daha fazla ısı üreten, daha fazla kablolamayla değerli yer kaplamadan sadece birkaç değil milyonlarca kübitin nasıl kontrol edileceği.
Bu noktaya kadar, elektron spin kübitlerini kontrol etmek, kübitin hemen yanındaki bir telden akım geçirerek mikrodalga manyetik alanlar sağlamamıza dayanıyordu.
Bir kuantum bilgisayarın, yeni aşıların tasarımı gibi küresel çapta önemli sorunları çözmek için ihtiyaç duyacağı milyonlarca kübite kadar ölçeklendirmek istiyorsak, bu bazı gerçek zorluklar ortaya çıkarıyor.
Öncelikle, manyetik alanlar mesafe arttıkça çok hızlı bir şekilde azalıyor, dolayısıyla yalnızca tele en yakın kübitleri kontrol edebiliyoruz. Bu, gittikçe daha fazla kübit getirdikçe daha fazla kablo eklememiz gerektiği anlamına geliyor ve bu da çip üzerinde çok fazla yer kaplayacak.
Çipin -270°C'nin altındaki dondurucu soğuklarda çalışması gerektiğinden Dr. Pla, daha fazla kablonun kullanılmasının çipte çok fazla ısı üreteceğini ve kübitlerin güvenilirliğine müdahale edeceğini söylüyor.
Ampul anı
Bu sorunun çözümü silikon çip yapısının tamamen yeniden tasarlanmasını içeriyordu.
Ekip, milyonlarca kübit içermesi gereken aynı küçük resim boyutundaki silikon çip üzerinde binlerce kontrol teli kullanmak yerine, çipin üzerinden tüm kübitleri aynı anda manipüle edebilecek bir manyetik alan üretmenin fizibilitesine baktı.
Tüm kübitleri aynı anda kontrol etme fikri ilk olarak 1990'larda kuantum hesaplama bilim adamları tarafından öne sürüldü, ancak şu ana kadar hiç kimse bunu yapmanın pratik bir yolunu bulmamıştı.
"Önce kübitlerin yanındaki kabloyu çıkardık ve ardından tüm sisteme mikrodalga frekanslı manyetik kontrol alanları iletmenin yeni bir yolunu bulduk. Yani prensipte kontrol alanlarını dört milyon kübite kadar sunabiliyoruz” diyor Araştırma ekibi.
Ekip, silikon çipin hemen üzerine yeni bir bileşen ekledi: dielektrik rezonatör adı verilen kristal prizma. Mikrodalgalar rezonatöre yönlendirildiğinde, mikrodalgaların dalga boyunu çok daha küçük bir boyuta odaklar.
Dielektrik rezonatör, dalga boyunu bir milimetrenin altına indirir, böylece artık mikrodalga gücünü tüm kübitlerin dönüşlerini kontrol eden manyetik alana çok verimli bir şekilde dönüştürebiliriz.
Burada iki önemli yenilik var. Birincisi, kübitler için güçlü bir sürüş alanı elde etmek için çok fazla güç harcamamıza gerek olmaması; bu da çok fazla ısı üretmediğimiz anlamına geliyor. İkincisi, alanın çip boyunca oldukça tekdüze olması, böylece milyonlarca kübitin hepsinin aynı kontrol seviyesini deneyimlemesidir.
Kuantum ekibi
Ekip prototip rezonatörü geliştirmiş olmasına rağmen teknoloji, üzerinde test edecek silikon kübitleri yoktu. Bu nedenle, ekibi son on yılda geleneksel bilgisayar çiplerinin yapımında kullanılan silikon üretim teknolojisinin aynısını kullanarak ilk ve en doğru kuantum mantığını ortaya koyan UNSW'deki mühendislik meslektaşıyla konuştu.
Bir zamanlar yalnızca 1980'lerde hayal edilen, ticari öneme sahip sorunları çözmek için binlerce kübit kullanan kuantum bilgisayarların artık on yıldan daha az bir süre uzakta olması mümkün olabilir. Bunun ötesinde, olağanüstü karmaşık sistemleri modelleme yetenekleri nedeniyle küresel zorlukların çözümüne ve yeni teknolojiler geliştirilmesine yeni ateş gücü getirmeleri bekleniyor.
İklim değişikliği, ilaç ve aşı tasarımı, kod çözme ve yapay zeka hepsi kuantum hesaplama teknolojisinden yararlanmaya hazır.
İleriye baktığımızda
Ekip daha sonra bu yeni teknolojiyi yakın vadeli silikon kuantum işlemcilerin tasarımını basitleştirmek için kullanmayı planlıyor.
Çip üzerindeki kontrol kablosunun çıkarılması, ek kübitler ve bir kuantum işlemci oluşturmak için gereken diğer tüm elektronikler için yer açar. Onlarca kübite sahip cihazların üretilmesi yönündeki bir sonraki adıma geçme görevini çok daha basit hale getiriyor.
Milyonlarca kübitlik işlemciler üretilmeden önce çözülmesi gereken mühendislik zorlukları olsa da, artık bunları kontrol edecek bir yola sahip olduğumuz gerçeği bizi heyecanlandırıyor.
ELE Zamanları
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon CEO'su: Küresel Çip Çöküşü 2023'e Kadar Devam Edebilir
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsBisikletlilere Trafik Sinyallerinde 'Yeşil Dalga' Vermek İçin Derin Öğrenme Algoritmalarını Kullanmak
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsHindistan Tarımsal Artıklardan Doğrudan Hidrojen Üreten Teknolojiyi Yeniliyor
-
ELE Zamanlarıhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsÇalışma 'Mavi Hidrojen'in İklim İçin Muhtemelen Kötü Olduğunu Söylüyor