Piistä valmistettujen kvanttiprosessorien kokeiluja

(22.1.2026) Argonnen ja Intelin yhteistyössä tutkijat ottivat käyttöön piin kvanttipisteisiin perustuvan 12-kubittisen prosessorin ja ensimmäinen yhteistyönä tehty tutkimus on julkaistu Nature Communications -lehdessä.

Sinänsä SiGe/Si/SiGe-heterorakenteiden kvanttipisteet sisältävät koherentteja elektronispinen kubitteja, jotka ovat lupaavia tulevaisuuden kvanttitietokoneille. Pii-kvanttipisteissä alla olevasta vyörakenteesta ja materiaalivaihtelusta syntyvät matalalla sijaitsevat laaksoviritystilat rajoittavat piipohjaisten kuitenkin kvanttitietokoneiden skaalautuvuutta.

Työssä tutkittiin laakson jakautumisvariaatioita Intelin valmistamassa Si/Ge -kvanttikaivosta muodostetussa 1D-kvanttipistematriisissa. Tutkijat havaitsivat laakson jakautumisessa korrelaatioita eri pituusskaaloilla, jotka ovat yhdenmukaisia seoksen epäjärjestyksen hallitseman teorian ja simulaation kanssa.

Tutkijoiden mukaan tulokset kehittävät mesoskooppista ymmärrystä Si/SiGe-heterorakenteista, jota tarvitaan skaalautuvien laitteiden suunnittelussa.

”Tämä Argonnen ja Intelin välinen yhteistyö on (Q-NEXT) National Quantum Information Science Research Centerin kulmakivi”, sanoi Q-NEXTin johtaja David Awschalom.” Se osoittaa kansallisen kvanttitutkimuskeskuksen vaikutuksen: Vain tässä mittakaavassa teollisuus ja löytövetoiset organisaatiot, kuten kansalliset laboratoriot, voivat yhdistää vahvuutensa rakentaakseen näin monimutkaisen järjestelmän. Yhdessä saavutamme edistysaskeleita, jotka olisivat haastavia yksittäiselle tutkijalle tai edes yksittäiselle laitokselle.”

Tavoite on, että kvanttipistekubittien rakentamisessa tutkijat hyödyntävät edistyneitä transistorien valmistusprosesseja kvanttitulevaisuutta varten.

Äskettäin Irene Fernández de Fuentes Delftin teknillisestä yliopistosta Alankomaista ja kollegat ovat esitelleet CMOS-tekniikkaan perustuvan spin-pohjaisen kvanttitietokoneen, joka sisältää kuusi kubittia.

Kokeissa tunnistettiin joitakin haasteita, jotka on voitettava skaalautumiseksi kymmeniin tai satoihin kubitteihin.

Tiimin prosessori koostuu pii- ja piigermaniumkerroksista, joissa elektrodit määrittävät kuuden kvanttipisteen rivin. Pisteisiin rajoitetut yksittäisten elektronien spinit muodostavat kubitit. Sähkökentät ohjaavat vierekkäisten spinien välisiä vuorovaikutuksia, kun taas mikroaaltopulssit kääntävät spin-kubittien tiloja.

Aiemmassa työssä tutkijat käyttivät tätä kuuden kubitin prosessoria karakterisoidakseen prosesseja, joihin osallistui yksi, kaksi tai kolme kubittia kerrallaan.

Viimeisimmässä kokeessaan he toteuttivat monimutkaisemman protokollan, joka levittää lomittumisen koko prosessoriin kahden kubitin operaatioiden avulla kaikkien lähimpien naapureiden välillä. Protokollan tarkkuuden arvioimiseksi he sovelsivat siitä ajallisesti käänteistä versiota ja mittasivat, kuinka tarkasti prosessori palasi alkuperäiseen tilaansa.

Tutkijat havaitsivat, että tarkkuus heikkeni merkittävästi kubittien määrän ja laskennan keston kasvaessa. Molemmat tekijät lisäsivät kohinaa. Fernández de Fuentes odottaa, että tätä kohinaa voitaisiin lieventää tulevaisuuden laitteissa käyttämällä rinnakkaisia prosesseja ja nopeampia toimintoja.

Aiheesta aiemmin:

Inteliltä kvanttiprosessori

Hallittua vuorovaikutusta atomin ytimessä