Topologinen kvanttiprosessori tuo läpimurron tietojenkäsittelyyn

Kvanttilaskennan harppauksena Microsoftin tiimi, jota johtaa UC Santa Barbaran fyysikot, julkisti keskiviikkona kahdeksan kubitin topologisen kvanttiprosessorin, ensimmäisen laatuaan. Tiedemiesten suunnittelun konseptin todisteeksi rakennettu siru avaa oven kauan odotetun topologisen kvanttitietokoneen kehitykselle.

"Meillä on joukko tavaroita, joita olemme pitäneet piilossa ja jotka pudotamme nyt kerralla", sanoi Microsoft Station Q:n johtaja Chetan Nayak , UCSB:n fysiikan professori ja Microsoftin Quantum Hardwaren tekninen stipendiaatti.

Siru paljastettiin Station Q:n vuosikonferenssissa Santa Barbarassa, ja se on mukana Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa, jonka ovat kirjoittaneet Station Q, heidän Microsoft-ryhmätoverinsa ja joukko yhteistyökumppaneita ja joka esittelee tutkimusryhmän mittaukset näistä uusista kubiteista.

"Olemme luoneet uuden aineen tilan, jota kutsutaan topologiseksi suprajohteeksi", Nayak selitti. Tämä aineen vaihe isännöi eksoottisia rajoja, joita kutsutaan Majoranan nollamoodiksi (MZM), jotka ovat hyödyllisiä kvanttilaskentaan, hän selitti. Heterorakenteisten laitteiden tarkan simuloinnin ja testauksen tulokset ovat yhdenmukaisia tällaisten tilojen havainnoinnin kanssa. "Se osoittaa, että voimme tehdä sen, tehdä sen nopeasti ja tarkasti", hän sanoi.

Kuuman tutkimusalan topologisesta kvanttilaskennasta tekee se, että se lupaa enemmän vakautta ja kestävyyttä virheiden suhteen kuin muut kvanttilaskentajärjestelmät.

"Täydentävä lähestymistapa on rakentaa virheenkorjaus laitteistotasolla", Nayak sanoi. Hän selitti, että koska kvantti-informaation jakautuu ja tallennetaan fyysiseen järjestelmään eikä yksittäisiin hiukkasiin tai atomeihin, topologisten kubittien käsittelemä informaatio ei todennäköisesti menetä koherenssiaan, mikä johtaa vikasietoisempaan järjestelmään.

Mutta mikä tahansa kvasipartikkeli ei kelpaa. Topologisessa kvanttilaskennassa Majorana-hiukkaset - tarkemmin sanottuna Majoranan nollamoodit - ovat ratkaiseva valinta. Majorana hiukkaset ovat erityisiä siinä mielessä, että ne ovat omia antihiukkasiaan ja pystyvät säilyttämään "muistin" suhteellisista paikoistaan ajan myötä. Ne "punomalla" - liikuttamalla niitä fyysisesti toistensa ympärillä - on mahdollista luoda vankempi kvanttilogiikka.

Tutkijat ymmärsivät nämä MZM:t sijoittamalla indiumarsenidipuolijohteen nanolangan hyvin lähelle alumiinisuprajohtetta. Oikeissa olosuhteissa puolijohtava lanka muuttuu suprajohtavaksi ja siirtyy topologiseen vaiheeseen. MZM:t tulevat esiin langan päissä, kun taas muussa langassa on energiarako. "Mitä suurempi tämä topologinen aukko", Nayak huomautti, "se vahvempi topologinen vaihe on.

Yhteenvetona aiheeseen liittyvä tutkimusartikkeli: Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices, toteaa, että havaintomme edustavat merkittävää edistystä topologisen kubitin toteuttamisessa, joka perustuu vain mittaustoimintoihin.

Mittaustekniikasta paperi kertoo, että se perustuu nanojohtimeen kytketyn kvanttipisteen kvanttikapasitanssin C_Q tutkimiseen ja mahdollistaa pariteetin määrittämisen yhdellä laukauksella savuttaen 1 %:n kohdistamisvirhetodennäköisyyden optimaaliselle mittausajalle.

Aiheesta aiemmin:

Microsoftilta Majorana ykkönen

Majoranan metsästystä

Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa