Dünyanın ilk atom düzeyinde üç boyutlu silikon kuantum çip mimarisi açıklandı! Evrensel bir kuantum bilgisayara doğru başka bir büyük adım
Son zamanlarda, New South Wales Üniversitesi Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi'nden (CQC2T) araştırmacılar, üç boyutlu cihazlarda atomik olarak hassas kübitler oluşturabileceklerini ilk kez gösterdi - evrensel bir kuantum bilgisayara doğru bir başka önemli adım.
2018'in Olağanüstü Avustralyalı ve CQC2T Direktörü Profesör Michelle Simmons, atom düzeyinde kübit üretim teknolojisini genişletebileceklerini ve bunu çok katmanlı silikon kristallere uygulayabileceklerini, böylece 2015'te icat ettikleri üç boyutlu çip mimarisinde önemli bir unsuru gerçekleştirebileceklerini söyledi. Yeni araştırma 7 Ocak'ta Nature Nanotechnology dergisinde yayınlandı. Bu grup, üç boyutlu bir tasarımda çizgileri (esasen çok dar çizgiler) kontrol etmek için atomik ölçekli kübit hizalamasını kullanan bu mimarinin uygulanabilirliğini gösteren ilk gruptur. Daha da önemlisi, ekip, 3B cihazdaki farklı katmanları nanometre hassasiyetiyle hizalayabildi ve kübit durumunu tek atışta (yani bir ölçümde) çok yüksek doğrulukla okuyabildiklerini gösterdi.
Makale yazarı Dr.Joris Keizer ve Profesör Michelle Simmons
teknoloji
2015 yılında, New South Wales Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, atom düzeyinde üretim teknolojisiyle uyumlu, tek atomlu kübitlere dayalı üç boyutlu bir silikon çip mimarisi tasarladı. Kavramsal tasarımda, bir çizgi boyunca tek boyutlu bir kübit dizisinden aynı düzlemde iki boyutlu bir kübit dizisine dönüştüler ve iki boyutlu dizinin daha güçlü hata düzeltme yetenekleri var.
Üç boyutlu mimaride, kübit katmanı, bir sandviç gibi iki "tel örgü" katmanı arasında sıkıştırılır. Bu hatlardan bazılarına voltaj uygulamak, birden fazla kübiti paralel olarak kontrol edebilir ve daha az kontrolle bir dizi işlemi gerçekleştirme amacına ulaşır. Buradaki nokta, iki boyutlu bir "yüzey kodu" hata düzeltme protokolü uygulamış olmalarıdır. Bu hata düzeltme protokolü sayesinde, hesaplamadaki olası herhangi bir hata zaman içinde düzeltilebilir.
Yakın tarihli bir çalışmada, araştırma ekibi ilk olarak bu mimarinin uygulanabilirliğini gösterdi. Bu üç boyutlu tasarımda mimari, aslında çok ince çizgiler olan kontrol çizgileriyle hizalanmış atom düzeyinde kübitleri kullanır. Ek olarak, ekip ayrıca üç boyutlu bir cihazdaki farklı katmanları nanometre hassasiyetiyle hizaladı ve bir seferde birden çok kuantum durumunun okunduğunu, yani bir ölçümün çok yüksek doğruluk sağladığını gösterdi.
Profesör Simmons şunları söyledi: "Atomik silikon kübitler için, bu üç boyutlu cihaz mimarisi önemli bir gelişmedir. Kuantum hesaplamadaki hataları sürekli olarak düzeltebilmek için (alanımızda çok önemli bir kilometre taşı), yapabilmeniz gerekir. Paralel olarak birçok kübiti kontrol edin. "
"Bunu başarmanın tek yolu, üç boyutlu bir mimari kullanmaktır. Bu nedenle, 2015'te dikey bir çapraz geçiş mimarisi geliştirdik ve bir patent başvurusunda bulunduk. Ancak, bu tür çok katmanlı cihazların üretimi hala bir dizi ilgili zorluklarla karşı karşıya. Şimdi Bu sonuç sayesinde, birkaç yıl önce öngördüğümüz gibi, program tasarımımızın üç boyutlu olarak tasarlanabileceğini gösterebiliriz. "
Bu makalede ekip, kübitlerin ikinci kontrol düzleminin veya birinci katmanın üstündeki katmanın nasıl oluşturulacağını gösterdi. CQC2T araştırmacısı ve makalenin ortak yazarlarından biri olan Joris Keizer şunları söyledi: Bu oldukça karmaşık bir süreç, ancak basit bir ifadeyle, ilk düzlemi oluşturduk ve ardından ikinci katmanı birinci düzlemi etkilemeden büyütmek için bir teknik optimize ettik. Birinci kattaki yapı. "
"Geçmişte, eleştirmenler bunun imkansız olduğunu söylerdi çünkü ikinci katmanın yüzeyi o kadar pürüzlü hale geldi ki, bizim kesin teknolojimizi kullanamazsınız. Ancak, beklenmedik bir şekilde, bu yazıda, Bunu yapabiliriz. Ekip ayrıca bu çok katmanlı yapıları nanometre hassasiyetiyle hizalayabileceklerini de gösterdi.
Dr. Keizer şunları söyledi: İlk silikon katman üzerine bir şey yazıp ardından üzerine başka bir silikon katman yerleştirirseniz, yine de konumunuzu belirlemeniz ve bileşenleri iki katmandaki hizalamanız gerekir. Nanometre hizalama doğruluğu oldukça tuhaf. "
Son olarak, araştırmacılar, üç boyutlu bir cihazın kübit çıktısını "tek seferde", yani ortalama milyonlarca deneye güvenmek yerine doğru bir ölçüme dayanarak ölçebilirler. Dr. Keizer açıkladı: "Bu, daha hızlı ölçeklememize yardımcı olacak."
değer
Profesör Simmons, bu araştırmanın bu alanda önemli bir kilometre taşı olduğunu söyledi. "Bu teknolojiyi nihayet ticarileştirmemizi sağlayacak büyük ölçekli bir mimari için sistematik olarak çalışıyoruz" dedi.
"Büyük ölçekli ticari kuantum bilgisayarlardan hala en az on yıl uzak olmamıza rağmen, CQC2T'nin çalışmaları hala bu alanın ön saflarında yer alıyor. Bunun gibi özel başarılar, bu alanda güçlü olduğumuzu tüm dünyaya yineledi. Durum. "
