Kvanttitietokoneen arkkitehtuuri piille

Australialaiset tiedemiehet ovat esittäneet suunnitelman kolmiulotteisesta piisiruarkkitehtuurista, jonka avulla voisi toteuttaa suuren mittakaavan kvanttitietokoneen.

Tekniikka perustuisi yksittäisen atomin kvanttibitteihin, jotka ovat yhteensopivia atomitason valmistustekniikoiden kanssaa.

UNSW:n (University of New South Wales) puitteissa toimivan Australian Research Council Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technologyn (CQC2T) tutkijat ja insinöörit ovat nyt ottaneet johtoaseman kilpailussa kehittää skaalattavaa kvanttitietokonetta piille.

UNSW:n johtamana tutkijat ovat jo aiemmin esitelleet kehittämäänsä valmistuksen strategiaa toteuttamalla atomitason laitteita ja ovat kehittäneet maailman tehokkaimmat kvanttibitit piille käyttäen yksittäisen fosforiatomin joko elektronin tai ytimen spiniä. Äskettäin he ovat toteuttaneet myös kaksikubittisen portin modifioituun CMOS-transistoriin perustuen.

Yksi viimeisistä esteitä toteuttaa toimiva kvanttitietokone on sen arkkitehtuuri. Sitä varten on selvitettävä, miten hallita tarkasti useita kubitteja rinnakkain useiden tuhansien kubittien järjestelmässä sekä korjata jatkuvasti kvanttitekniikasta johtuvia virheitä kvanttimekaanisesti.

Suunnitelmassaan tutkijat ovat siirtyneet yksiulotteisien kubittien ryhmästä, jotka on sijoitettu pitkin yhtä riviä, kaksiulotteiseen tasomaiseen ryhmään, mikä sietää virheitä paljon paremmin. Tämän kubittikerros on edelleen "kerrostettu" kolmiulotteiseksi arkkitehtuuriksi, kahden hilaksi järjestetyn johdekerroksen väliin.

Soveltamalla jännitteitä näiden johdinten alaryhmiin, useita kubitteja voidaan hallita rinnakkaisesti suorittamaan toimintosarjoja ilman, että jokaista kubittia täytyy hallita yksittäin. Tärkeää suunnitelmassa on, että siinä voidaan ajaa erästä hyväksi havaittua koodivirheiden korjausprotokollaa (surface code).

Tutkijoiden mukaan kehitetty arkkitehtuuri antaa heille tiheän pakkauksen ja rinnakkaisten operaatioiden toiminnan, jotka ovat välttämättömiä lähtökohtia kvanttiprosessoria kasatessa. Rakenne on skaalautuva miljoonille kubiteille, jollaista tarvitaan täysimittaiselle kvanttiprosessorille.

Kyseessä on vielä konseptiehdotus, jollaiseen toteuttamiseen yliopisto hakee parhaillaan rahoittajaa. Toteutuessaan laitteisto toimisi millikelvinien lämpötiloissa ja staattisessa magneettikentässä.

Tutkimusjulkaisussaan joukkue ehdottaa strategiaa rakentaa laite, joka hyödyntää CQC2T:n kykyä valmistaa atomitason laitteita. He ovat myös mallintaneet tarvittavat jännitteet joita soveltaa hilajohtimiin, joita tarvitaan yksittäisiä kubitteja käsiteltäessä ja saada prosessori toimimaan.

Aiheesta aiemmin:

Edullisempi kvanttitietokoneen toteutus