Çift kuantum geçidinden 200 kat daha hızlı! Çift kuantum kapısı, bugüne kadarki en hızlı kuantum hesaplaması
Bugüne kadarki en hızlı kuantum hesaplama olan, yılın Avustralyalı figürü Profesör Michel Simmons liderliğindeki bir grup bilim insanı, 2018'de silikon kübitler arasındaki ilk iki kübitlik kapıyı tamamladı. Araştırma ekibi, atomik ölçekli kuantum bilgisayarların yapımında önemli bir kilometre taşıdır.Bu kritik araştırma, 17 Temmuz 2019'da dünyaca ünlü Nature dergisinde yayınlandı. Çift kübit kapısı, herhangi bir kuantum bilgisayarın temel bileşenidir. Yeni Güney Galler Üniversitesi ekibinin bu sürümü, silikon malzemeler arasında en hızlı olanıdır ve bir işlemi 0,8 nanosaniye içinde tamamlar ve bu, mevcut spin tabanlı çift kübit geçidinden daha hızlıdır. 200 kez.
Araştırma ekibinin yönteminde, iki kübitlik bir kapı, iki elektronun dönüşleri arasındaki bir işlemdir - geleneksel elektronikte klasik bir mantık geçidinin oynadığı role benzer. Araştırma ekibi ilk kez, iki atomik kübiti her zamankinden daha yakın yerleştirerek bir çift kübit kapısı inşa edebildi ve ardından dönüş durumlarını gerçek zamanlı olarak kontrol edip gözlemleyip ölçebildi. .
Ekibin benzersiz kuantum hesaplama yöntemi yalnızca silikonda tek bir atomik kübit yerleştirmeyi değil, aynı zamanda nano ölçekte kübitleri başlatmak, kontrol etmek ve okumak için ilgili tüm devreleri de gerektirir. Bu konsept, uzun zamandır imkansız olduğu düşünülen kesin bir hassasiyet gerektirir.
Ancak bu önemli kilometre taşı ile araştırma ekibi artık teknolojilerini ölçeklenebilir bir işlemciye dönüştürebilir. Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi (CQC2T) direktörü ve Silicon Quantum Computing Pty Co., Ltd.'nin kurucusu Profesör Simmons, şunları söyledi: Atomik kübitler, silikondaki kübitlerin en uzun tutarlılık süresi için dünya rekorunu elinde tutuyor ve mümkün olan en yüksek tutarlılık süresine sahip. Güvenilirlik. Eşsiz üretim teknolojisini kullanarak, bir silikon atom kübiti üzerindeki tek bir elektronun dönüşünü okuma ve başlatma yeteneği, çok yüksek doğrulukla kanıtlanmıştır. Atomik seviyedeki devrenin şimdiye kadar tasarlanan yarı iletken kübit sistemine tüm bağlantılara sahip olduğu ve elektronik gürültünün en düşük olduğu da kanıtlanmıştır.
Cihaz tasarımının tüm yönlerini atomik hassasiyetle optimize etmek artık ölçeklenebilir, silikon tabanlı bir kuantum bilgisayarın temel yapı taşı olan gerçekten hızlı, yüksek hassasiyetli bir çift kübit geçidi oluşturmayı mümkün kılıyor. Atom ölçeğinde kontrol mümkündür ve bu yöntemin faydaları, sistemin çalıştığı inanılmaz hız da dahil olmak üzere devrim niteliğindedir. New South Wales Üniversitesi Fen Fakültesi Dekanı Profesör Emma Johnston AO şunları söyledi: Bu önemli makale, Profesör Simmons'ın araştırmasının ne kadar çığır açan olduğunu daha da gösteriyor. Kuantum bilgisayarlar yapmak için atomik kübitleri kullanabileceklerini kanıtladılar. Sonraki ana hedef, 10 kübitlik kuantum entegre devre oluşturmaktır.
Kübitlere yakın: bir metrenin milyarda birine kadar hassas mühendislik
Silisyumdaki fosfor atomlarını doğru bir şekilde bulmak ve kapsüllemek için bir taramalı tünelleme mikroskobu kullanan araştırma ekibinin, temel işlemleri gerçekleştirmek için önce iki kübit arasındaki optimum mesafeyi hesaplaması gerekir. Üretim teknolojisi, kübitleri tam olarak istedikleri yere yerleştirebilir, bu da bilim adamlarının çift kübit kapıları olabildiğince çabuk tasarlamalarını sağlar. Son buluştan bu yana, yalnızca kübiti yakınlaştırmakla kalmadım, aynı zamanda yüksek güvenilirliği korumak için cihaz tasarımının tüm yönlerini nanometre altı hassasiyetle kontrol etmeyi öğrendim. Araştırma ekibi, kübitlerin etkileşimini gerçek zamanlı olarak gözlemleyerek ve kontrol ederek, kübit durumunun gerçek zamanlı olarak nasıl geliştiğini ölçebilir.
Araştırmacılar, nano ölçekte iki elektron arasındaki etkileşimin gücünü nasıl kontrol edeceklerini gösterdiler. Önemli olan, kübitlerin elektronlarının daha yakın veya daha uzak hale getirilebilmesi ve aralarındaki etkileşimin etkin bir şekilde açılıp kapanabilmesidir ki bu kuantum kapıları için bir önkoşuldur. Bu yönteme özgü olan kübitlerin elektronları kesinlikle sınırlıdır ve sistemin doğal düşük gürültüsü, bilim adamlarının silikon malzemelerdeki en hızlı çift kübit kapısını göstermelerine olanak tanır. Değişim kapısı denen gösterilen kuantum geçidi, kübitler arasında kuantum bilgisinin aktarılması için de çok uygundur.Tek bir kübit geçidi ile birleştirildiğinde, herhangi bir kuantum algoritmasını çalıştırabilirsiniz.
Fiziksel olarak imkansız olan nedir? Şimdi değil
Profesör Simmons şunları söyledi: Bu, 20 yıllık bir araştırmanın sonucudur, bu çok büyük bir gelişmedir: kuantumu en küçük seviyede kontrol edebilmek, böylece iki atom arasında birbirimizi rahatsız etmeden etkileşimler yaratabiliriz. Bu koşullar altında birbirimizle yalnız konuşmak inanılmaz ve birçok insan bunun imkansız olduğunu düşünüyor. Düşünce her zaman şu olmuştur: Eğer kübitlerin dünyasını bu ölçekte kontrol edebilirsek, çok hızlı olacaklar ve öyleler!
