Bu kuantum bilgi işlem platformu 1K'dan daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir
New South Wales Üniversitesi'nden Profesör Andrew Dzurak (sağda)
Makale Akademik Başlıklar
Qubit, kuantum hesaplamanın temel birimidir. Klasik hesaplamadaki analog bitler gibi, her kübit, bir ikili kod oluşturmak için iki durumu (0 veya 1) temsil eder. Bununla birlikte, bitten farklı olarak, aynı anda iki durumu görüntüleyebilir, sözde "üst üste bindirilmiş" durum.
Kuantum hesaplama platformlarının, hassas ilaç üretiminden arama algoritmalarına kadar bir dizi önemli konuda geleneksel bilgisayarları geride bırakması bekleniyor. ancak, Gerçek bir ortamda üretilebilen ve çalıştırılabilen bir kuantum hesaplama cihazı tasarlamak, büyük bir teknik zorluktur.
Isının ürettiği titreşim kübite müdahale edeceğinden ve çalışma performansını etkileyeceğinden, mevcut kuantum hesaplama platformunun son derece düşük bir sıcaklığa soğutulması gerekiyor. Genel olarak, platformun eksi 273,05 ° C olan yaklaşık 0,1K (Kelvin) sıcaklıkta çalışması gerekir. Aksi takdirde, bu kübitlerde depolanan kuantum bilgileri genellikle hızla kaybolur ve bu sıcaklığa ulaşmak çok pahalı maliyetler ve zorlu soğutma teknolojisi gerektirir.
bu çarşamba, Nature dergisi aynı anda iki makale yayınladı ve mevcut teknolojilerden birkaç kat daha yüksek bir sıcaklıkta çalışabilen bir kuantum hesaplama platformunu gösterdi.
Delft Teknoloji Üniversitesi'nden Menno Veldhorst ve araştırma ekibi, 1.1K sıcaklıkta çalışabilen bir kuantum hesaplama platformu üretti.
New South Wales Üniversitesi Andrew Dzurak ve araştırma ekibi, yaklaşık 1.5K sıcaklıkta çalışabilen bir kuantum hesaplama platformu gösterdi.
Araştırmacılar, göreceli sıcaklık artışı küçük olmasına rağmen, araştırma sonuçlarının mevcut prototiplerin daha büyük ve daha güçlü kuantum bilgisayarlara genişlemesinde büyük bir etkisi olabileceğini söyledi. Eşzamanlı, Çalışma sıcaklığındaki artış, mevcut kuantum hesaplama platformlarının pratikliğinde önemli bir sıçramayı temsil ediyor.
Kuantum hesaplama gelişimini kısıtlayan sıcaklık
Kuantum işlemci birimleri, oda sıcaklığında geleneksel elektronik devrelere yerleştirilirse ne olacağını hayal edin.Cevap, hemen aşırı ısınacaklarıdır.
Sıcaklık her zaman, kuantum hesaplama platformlarının büyük ölçekli uygulamalarını rahatsız eden sorunlardan biri olmuştur. Dünya çapında geliştirilen kuantum bilgisayarlarının çoğu, mutlak sıfırın 0,1 ° C üzerinde bir sıcaklıkta çalışabilir ve bu sıcaklığa ulaşmak için soğutma ekipmanı için milyonlarca dolar gerekir.
Genel olarak konuşursak, kübitler özel "buzdolaplarında" bir rol oynarlar, ancak yine de oda sıcaklığında çalışan geleneksel elektronik cihazlar tarafından kontrol edilirler ve bu da teknolojik ilerlemenin önünde büyük bir engeldir.
Şimdi, New South Wales Üniversitesi'nden Profesör Andrew Dzurak ve Delft Teknoloji Üniversitesi'nde araştırmacı olan Menno Veldhorst'un liderliğindeki araştırmacılar, bu sorunu ayrı ayrı çözmüş olmalılar.
New South Wales Üniversitesi'nden Profesör Andrew Dzurak (sağda)
Dzurak şöyle açıkladı: "Sisteme eklenen her kübit çifti üretilen toplam ısıyı artırır ve artan ısı hatalara neden olur. Mevcut tasarımların mutlak sıfıra yakın kalmasının ana nedeni budur."
Profesör Dzurak aynı zamanda şunları söyledi: "Yeni sonuçlarımız, kuantum bilgisayarlar için deneysel ekipmandan gerçek dünyadaki iş dünyasında ve hükümette uygulanabilen uygun fiyatlı kuantum bilgisayarlara bir yol açtı."
Şubat 2019'da, Dzurak'ın araştırma ekibi deneysel sonuçlarını ilk kez Akademik Ön Baskı Arşivi aracılığıyla açıkladı. Ve Ekim 2019'da, Dzurak araştırma ekibinde eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Menno Veldhorst liderliğindeki Hollanda ekibi, 2014'te New South Wales Üniversitesi'nde geliştirilen aynı silikon teknolojisinin kullanılmasının benzer sonuçlar verdiğini duyurdu.
Bu Sıcak Qubit davranışının dünyanın karşıt taraflarındaki iki araştırma grubu tarafından doğrulanması, bugün Nature'ın aynı sayısında iki sıcak Qubit teknik makalesinin aynı anda yayınlanmasına yol açtı.
Silikon tabanlı kübit teknolojisi
Dünyada keşfedilen çoğu tasarımın aksine, Nature dergisinde yayınlanan iki bağımsız çalışma, sırasıyla silikon tabanlı kuantum hesaplama platformları üzerinde 1K'nın (eksi 272,15 ° C) üzerindeki sıcaklıklarda prensip kanıtı deneyleri bildirdi. .
Menno Veldhorst ve araştırma ekibi, 1.1K'da çalışabilen bir kuantum devresi Andrew Dzurak ve araştırma ekibi, Yaklaşık 1.5K sıcaklıkta çalışabilen bir sistem .
Silikon, normal olarak 1K'yi aşan sıcaklıklarda çalışan malzemeleri çevreleyen malzemelerden iyi bir şekilde izole edebilir.Bu nedenle, her iki çalışma da silikondaki elektronların dönüşünü kübit olarak kullanır. Bu son derece düşük sıcaklıkta, "buzdolabı" yerelleştirilmiş elektronların doğru kübitlere girmesine izin verecek kadar güçlüdür.Araştırmacılar, bunun kuantum işlemcilerin milyonlarca kübite genişlemesi için gerekli koşullardan biri olduğuna inanıyorlar.
Dzurak liderliğindeki araştırma ekibi tarafından geliştirilen birim, silikonun içine gömülü kuantum noktalarında hapsolmuş iki kübit içeriyor. Bu silikon malzemenin ölçeği, mevcut silikon çip fabrikalarında üretim için kullanılabilir ve kuantum hesaplama platformunun milyonlarca dolarlık soğutmaya ihtiyaç duymadan çalışmasını sağlayabilir. Ayrıca, kuantum işlemcileri kontrol etmek için gerekli olacak olan silikon tabanlı kuantum hesaplama platformlarını geleneksel silikon yongalarla entegre etmek daha kolay olacak.
Kuantum dolanıklığının sanatsal performansı. Kaynak: QuTech
Araştırmacılar, bir silikon çip üzerinde kuantum işlemci birimi kavramının kanıtını gerçekleştirdiler.Çalışma sıcaklığı, Google ve IBM gibi şirketler tarafından süperiletken kübit teknolojisi kullanarak geliştirilen ana rakip çip teknolojisinden 15 kat daha yüksek olan 1.5K idi.
Dzurak açıkladı: " Bu hala çok düşük bir sıcaklık olmasına rağmen, çipi 0.1K'ya soğutmak yerine milyonlarca dolara mal olacak birkaç bin dolar soğutma değeri ile ulaşılabiliyor. Günlük sıcaklık konseptimizle anlaşılması zor olsa da bu artış kuantum dünyasında çok fazladır. "
Delft Teknoloji Üniversitesi'nde doktora öğrencisi olan Dr. Luca Petit, Sıcaklık artışı sadece biraz olmasına rağmen, Bu, mevcut soğutma kapasitesi açısından büyük bir adımdır. Bu sıcaklıklarda kübitlerin artık bir vakumda çalışması gerekmez, ancak sıvıya daldırılabilir, bu da her şeyi daha pratik hale getirir. "
Araştırmacılar, kuantum bilgisayarların gerçeğe dönüşmesini engelleyen en zor engellerden birini aştıklarına inanıyorlar.
Kuantum entegre devrelerin geleceği
Araştırmacılar, çalışma sıcaklığını 1K'nın üzerine çıkarmanın önemli bir kilometre taşı olduğuna inanıyor, çünkü bu kritik değerin altına soğutmanın hem zor hem de maliyetli olması.
Sıcaklık 1K'nın üzerine çıktıkça, maliyet büyük ölçüde azalacak ve verimlilik önemli ölçüde artacaktır. Ek olarak, silikon tabanlı platformların kullanımı da oldukça cazip bir seçimdir çünkü platformun mevcut silikon tabanlı donanım kullanılarak klasik sistemlere entegrasyonunu kolaylaştıracaktır.
Basit bir örnek vermek gerekirse, yeni ilaçları tasarlamak için gereken karmaşık hesaplamaları yapabilen bir kuantum bilgisayar, milyonlarca kübit çifti gerektirecek ve milyonlarca kübite olan talep, tasarımcılar için büyük bir zorluk teşkil ediyor.
Kübit sayısı artırıldığında kübit ve elektronik cihazlar arasındaki ayrım sorunlara neden olabilir. Şu anda, her bir kübiti kontrol elektroniklerine bağlamak için ayrı bir kablo gereklidir. Çalışan bir kuantum bilgisayar için gerekli milyonlarca kübit elde edildiğinde bu artık mümkün değildir.
Çok düşük sıcaklıklarda, kuantum bilgisayarlarda kullanım için yeterli kübit tutma olasılığı, bu teknolojinin yüksek maliyeti ve soğutma teknolojisinin sınırlarını zorlaması nedeniyle göz korkutucu.
Kuantum bilgi işlem platformunun gelecekteki geliştirme yoluyla ilgili olarak Veldhorst, Kuantum teknolojisinin mevcut durumu 1950'lerde bilgisayar teknolojisine benzer.
"O zamanlar, her bileşenin birlikte lehimlenmesi gerekiyordu ve bu da devre gereksinimlerini artırmak için uygun değildi. Bu sorunun çözümü entegre devrelerdi. Bileşenlerin doğrudan çip üzerine inşa edilmesini mümkün kıldı, Sonunda, milyarlarca transistör aynı çipe yerleştirilir. "
Veldhorst şunları ekledi: "Gittikçe daha fazla yüksek kaliteli kübit içeren bir sistem oluşturmak için çok çalışıyoruz. 1.1K sıcaklıkta çalışmanın büyük faydaları var ve şimdi kuantum donanımı ve klasik donanımı tek bir çipe entegre etmeyi düşünmeye başlayabiliriz. Açık. Bunu yaparken kuantum entegre devreler yaratacağız. "
"2015 yılında, ilk kez iki doğrulanabilir silikon kübiti gösterdik. Şimdi 2020'ye kadar gerçek sıcaklıklarda aynı başarıyı elde ettik. Beş yıl içinde, kuantum entegre devrelerimiz olabilir. Bu, gelecekteki kuantum bilgi işlem platformuna doğru büyük bir adım olacak. "
Referans malzemeleri:
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-04/uons-hqb040820.php
https://qutech.nl/hot-dense-and-coherent-scalable-quantum-bits-operate-under-practical-conditions/
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2171-6
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2170-7
