Kvanttiprosessori puolijohdetekniikalla

02.03.2021

Julich-puolijohde-kvanttiprosessori-Shuttling-300-t.jpgEsimerkinomainen kubittien kytkentä sirulla 

Saksalaiset kvanttitietotekniikan tutkijat Forschungszentrum Jülichin ja puolijohdevalmistaja Infinionin liitossa yhdessä Fraunhofer-Gesellschaftin (IAF, IPMS), Leibniz Associationin (IHP, IKZ), Regensburgin ja Konstanzin yliopistojen sekä kvantti start-up HQS:n välillä pyrkivät nyt siirtämään osaamistaan teolliseen tuotantoon.

Tavoitteena on Saksassa valmistettu puolijohteinen kvanttiprosessori, joka perustuu elektronien "sukkulointiin" ja joka on saavutettavissa Saksassa saatavilla olevalla tekniikalla. Myös liittovaltion opetus- ja tutkimusministeriö (BMBF) rahoittaa yli 7,5 miljoonalla eurolla tätä QUASAR-hanketta.

Kvanttitietokoneiden kisassa on edelleen epäselvää, mikä lähestymistapa olisi voittaja. Kokeet suprajohtavilla kubiteilla ovat tällä hetkellä pisimmällä mutta kun tulee kyse suuresta määrästä kubitteja, puolijohteisilla kubiteilla voi olla etunsa.

Piin elektronin spinin perustuvat kubitit ovat yksi lupaava järjestelmä puolijohdekubiteille, koska niillä on suhteellisen vankat kvanttiominaisuudet ja ne ovat kooltaan paljon pienempiä kuin suprajohtavat kvanttibitit.

"Suuri etu on, että niiden tuotanto on pitkälti yhteensopiva piiprosessorien tuotannon kanssa. Tämä tarkoittaa, että periaatteessa on jo paljon kokemusta valmistusprosesseista", kertoo professori Hendrik Bluhm, JARA Institute for Quantum Informationin vetäjä.

Yksi esimerkki on Dresdenin Infineon: projektissa saksalainen puolijohdevalmistaja auttaa tuotanto-osaamisellaan mukauttamaan komponenttisuunnittelua teolliseen valmistukseen.

"Peruskysymyksiä on vielä selvitettävä. Kvanttisiruja ei ole tähän mennessä voitu skaalata yhtä helposti kuin tavanomaisia tietokonepiirejä. Yksi ongelma on ollut geometriset rajoitukset. Kubittien on yleensä oltava hyvin lähellä toisiaan, jotta ne voivat kytkeytyä toisiinsa. Siksi puolijohteisia kubitteja on toistaiseksi osoitettu komponenteissa, joissa on enintään kaksi kytkettyä kubittia lähellä toisiaan. Skaalautuvaan arkkitehtuuriin tarvitsemme kuitenkin enemmän tilaa esimerkiksi kvanttisirulla ohjauslinjoille ja ohjauselektroniikkaan", Hendrik Bluhm kertoo.

Julich-puolijohde-kvanttiprosessori-QuBus-300-t.jpgEtäisyyksien lisäämiseksi tutkija kumppanit ovat ideoineet kvanttiväylän. Se mahdollistaa jopa 10 mikrometrin etäisyyden muodostamisen yksittäisten kubittien välillä. Piikubiteissa kvantti-informaatio koodataan kvanttipisteissä olevien elektronien spineillä. Kvanttiväylä voi siepata elektronit näihin kvanttipisteisiin ja kuljettaa niitä hallitusti kvantti-informaatiota menettämättä. Tekniikka perustuu sarjaan kytkettyihin elektrodeihin, jotka käyttävät sykkiviä jännitteitä kvanttipisteiden siirtämiseksi toisesta päästä toiseen kuin kuljettimella

Elektronien vaihto tunnetaan myös nimellä "shuttling". Laboratoriossa kokeet ovat osoittaneet lupaavia tuloksia. Nyt tutkijat haluavat mukauttaa laitteen suunnittelun teollisiin valmistusprosesseihin.

"Yksi haasteista on materiaalin vaadittu aste, joka on paljon korkeampi tälle sovellukselle kuin perinteisten tietokonesirujen tuotannolle", Hendrik Bluhm sanoo. "Toinen avoin kohta on piirin ohjausjärjestelmien pienentäminen. Periaatteessa kuitenkin näemme tässä lähestymistavassa suuren potentiaalin monimutkaisille piireille. Miljoonat kubitit ovat realistisia" uskovat tutkijat Forschungszentrum Jülichin tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin

Rekisteri ja dataväylä kvanttitietokoneelle

Kvanttibitit toimivat piisirulla

21.04.2021Fotoninen MEMS-kytkin kaupallistuu
20.04.2021Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa
19.04.2021Valoa läpi kannon ja kiven
16.04.2021Grafeeni ja terahertsit
15.04.2021Eksotiikkaa maagisen kulman grafeenissa
14.04.2021Uusi näkemys akkumateriaalin roolista
13.04.2021Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon
12.04.2021Maailman nopein spintroninen p-bitti
09.04.2021Kohti atomipohjaista radioviestintää
08.04.2021Antiferromagneettinen läpimurto
07.04.2021Metapinnat manipuloivat
06.04.2021Lupauksia kvanttilaskennasta
02.04.2021Yleiskäyttöinen muistitekniikka realisoitumassa
01.04.2021Seuraavan sukupolven litiumakkuja
31.03.2021Uusia näkökulmia aurinkokennoihin
30.03.2021Nanotekniikkaa tehotransistoriin
29.03.2021Lisää puhtia nanofotoniikalle
26.03.2021Sähköisesti pehmennettyä nanopaperia
25.03.2021Magnetismi kohtaa topologian suprajohtimen pinnalla
24.03.2021Rakenneakuista enemmän energiaa
23.03.2021Kohti kvanttimaista tiedonsiirtoa
22.03.2021Kommunikointia kasvien kanssa
19.03.2021Toshiban optimointitekniikka haastaa kvanttilaskennan
18.03.2021Tehokkaiden katalyyttien salaisuuksia
17.03.2021Sähköä puusta
16.03.2021Tehokkaita ledejä perovskiitistä
15.03.2021Tietojenkäsittelyn tehonkulutuksen alarajalle
12.03.2021Haaroittuva muisti mullistaa tekoälyn
11.03.2021Ioneista käyttövoimaa droneille ja biosiruille
10.03.2021Sirutason kiihtyvyysmittaus vailla vertaa
09.03.2021Fotonista twistausta ja vyörytystä
08.03.2021Synkronivalolähteitä EUV-litografiaan
05.03.2021Yksittäisten fotonien ilmaisu luo kvanttietua
04.03.2021Vetyä ja ammoniakkia
03.03.2021Kierteinen valo vapauttaa tiedonsiirtoa
02.03.2021Kvanttiprosessori puolijohdetekniikalla
01.03.2021Analogialaskentaa verkon reunalle
26.02.2021Kaksi kubittia ja kvanttifysiikka uusiksi
25.02.2021Nanolangasta suprajohtava transistori
24.02.2021Suunnitelma vikasietoisille kubiteille
23.02.2021Kaksiulotteiset uusiin ulottuvuuksiin
22.02.2021Nopea vaihto puolijohde- ja metallitilojen välillä
19.02.2021Magneettien manipulointia atomien tasolla
18.02.2021Puettava energiakeräin muuttaa kehon akuksi
17.02.2021Magnetismin ja ferrosähkön kierteitä grafeenissa
16.02.2021Metapinta tehostaa aurinkokennoa
15.02.2021Kvanttilaskentaa viritellen
15.02.2021Tunteiden tunnistamista langattomilla signaaleilla
11.02.2021Fotoninen DA-muunninsiru
10.02.2021Kvanttitunnelointi grafeenissa terahertsi-ilmaisimena
09.02.2021Vetyä suoraan merivedestä
08.02.2021Viritettävää suprajohtavuutta
05.02.2021Ensimmäiset askeleet kohti kvantti-aivoja
04.02.2021Biohajoavia näyttöjä ja älykkäitä piilolinssejä
03.02.2021Edistynyt mittaustekniikka tuleville puolijohteille
02.02.2021Nopeita ja likvidejä neuroverkkoja
01.02.2021Uusi rakettimoottorin konsepti
29.01.2021Jakeluverkon sähkövarasto viidenneksen hinnalla
28.01.2021Datan tallentaminen valolla
27.01.2021Topologisia ilmiöitä tutkien
26.01.2021Erittäin herkkä biohybridinen hajuanturi
25.01.2021Katalyyttiä atomikerroksittain säätäen
22.01.2021Nano-ohutta energiankeruuta
21.01.2021Metallista perovskiittiä
20.01.2021Tutkijat kesyttävät fotoni-magnoni -vuorovaikutuksen
19.01.2021Transistoreita kutistaen
18.01.2021Sinistä valoa perovskiittiledeistä
15.01.2021Uusi nanorakenteinen yhdiste anodille
14.01.2021Fyysikot luovat aikakäänteisiä optisia aaltoja
13.01.2021Kubitteja ohjaten
12.01.2021Pullisteleva perovskiitti
11.01.2021Venytettyä timanttia elektroniikalle
08.01.2021Metapinnoilla langattomat terahertsialueille
07.01.2021Hybridi superkonkka ja hapekas litiumilma-akku
06.01.2021Mikroskannerin peilit korvaavat ihmisen näön
05.01.2021Sirulle integroitavia ledejä
04.01.2021Teollisesti valmistettavia kubitteja
02.01.2021Elektroninen ameba
31.12.2020Aivojakin tehokkaampaa synapsitekniikkaa
30.12.2020Kvanttirajaa lähestyvä kemiallinen tunnistussiru
29.12.2020Kohti analogista spintroniikkaa
28.12.2020Tapa rikkoa sähkömagnetiikan vastavuoroisuuslaki
23.12.2020Kvanttifotoninen prosessori
21.12.2020Kovahiilestä anodimateriaali natrium-ioni akulle
19.12.2020Kohti topologisia kubitteja
18.12.2020Anioneita ja protoneita
17.12.2020Atomin ohut transistori puolittaa muutosjännitteen
16.12.2020Ruosteista tiedonsiirtoa
15.12.2020Sähköistä spinin ohjausta
14.12.2020Lämmönjohtavuus ja tunnelointi
11.12.2020Kvanttietu osoitettu huoneenlämmössä
10.12.2020Neutriinoistako uusin energiatekniikka?
09.12.2020Parannusta metanolipolttokennoille
08.12.2020Tehokkaampaa IoT-anturointia
07.12.2020Uusi mahdollisuus magnesiumakuille
04.12.2020Makea kvanttipiste kubiteille löytyi
03.12.2020Tehokkaampi lämpösähköinen materiaali
02.12.2020Spintronista muistia vääntäen
01.12.2020Hybridi- ja superkondensaattoreita
30.11.2020Perovskiitistä aurinkokennoja nopeasti

Näytä lisää »