Piihin perustuvan kvanttitietokoneen suunnitelma

University of New South Walesin (UNSW) insinöörit ovat esitelleet piitekniikkaan perustuvan suunnitteluratkaisun, jonka avulla voi luoda täydellisen suunnitelman kvanttitietokoneen sirusta, joka voidaan valmistaa käyttämällä vakiintuneita teollisuusprosesseja ja komponentteja.

Se ovat laatineet professori Andrew Dzurak UNSW:stä ja tohtori Menno Veldhorst, joka oli tutkijana UNSW:ssä, kun konsepti laadittiin. Hän on nykyään kvanttiteknologian tiimijohtaja QuTech -tutkimusorganisaatiossa.

Veldhorstin mukaan uuden suunnittelun voima on se, että ensimmäistä kertaa se luo mahdollisen teknisen suunnittelupolun kohti miljoonien kvanttibittien luomista.

"Suunnitelmamme sisältää tavanomaisia pii-transistorikytkimiä, jotka kytkeytyvät päälle (on) kubittien välillä valtavassa kaksidimensionaalisessa ryhmässä, käyttäen ruudukkomaista "sana" ja "bitti" valinnan protokollaa, joka on samanlainen kuin bittien valitseminen tavanomaisessa tietokoneen muistisirussa", tarkentaa Vendhorst.

Tutkijat osoittavat kuinka transistoripohjaista ohjauspiiriä yhdessä varauksen tallentavien elektrodien kanssa voidaan käyttää ajamaan tiheää ja skaalattavaa kaksiulotteista kubittijärjestelmää. Kubitit määritellään kvanttipisteisiin rajatun yksittäisen elektronin spinin tilassa, joita kytketään vaihtokytkentöjen kautta ja hallitaan mikroaaltokaviteetilla sekä mitataan porttiperusteisen hajottavan luennan kautta.

Kvanttitietokoneissa on käytettävä virheenkorjauskoodeja, joka tarvitsee lukuisia kubitteja yksittäisen datapalan tallentamiseksi. UNSW:n suunnitelma sisältää uudenlaisen virheenkorjauskoodin, joka on suunniteltu nimenomaan spin-kubiteille ja operoi miljoonien kubittien parissa.

"Odotamme, että tähän malliin tarvitaan edelleen muutoksia, kun siirrymme kohti valmistusmenetelmää, mutta kaikki kvanttilaskennassa tarvittavat keskeiset komponentit ovat nyt integroitavissa yhdelle sirulle.

Suunnitelma on harppaus eteenpäin piihin perustuvissa spin-kubiteilla. Kaksi vuotta sitten Dzurak ja Veldhorst osoittivat ensimmäisinä kuinka kvanttilogiikkalaskelmat voitiin tehdä piipiirissä luomalla kahden kubitin logiikkaportin, joka on keskeinen kvanttitietokoneen rakennelohko.

UNSW-tiimi on saanut 83 miljoonan Yhdysvaltain dollarin rahoituksen kehittääkseen vuoteen 2022 mennessä 10-kubitin prototyypin piille integroidusta kvanttipiiristä, joka olisi toteutuessaan ensimmäinen askel piille rakennetulle kvanttitietokoneelle.

Aiheesta aiemmin:

Piirakenne avaa portin kvanttitietokoneille

Kubittien flip-flop