Integroidun kvanttipiirin toiminta mahdollista

UNSW:ssä kokeita tehnyt Dzurakin tiimi. Vasemmalta oikealle: Tohtori Bas Hensen, professori Dzurak, tohtori Kok Wai Chan ja tohtoriopiskelija Michael Fogarty.

Australialaisen UNSW Sydney -yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet kaksi keskeistä kvanttitekniikkaa integroidussa piirissä ensimmäistä kertaa, vahvistaen toiveettaan piin käyttämisestä kvanttilaskentaan.

Kvanttitietokoneet vaativat miljoonia kubitteja integroidulla tavalla toimien ja suunniteltuna korjaamaan virheitä, joita väistämättä esiintyy näissä herkissä kvanttijärjestelmissä.

Nyt UNSW:n tutkimusryhmä on kokeellisesti realisoinut näiden ominaisuuksien ratkaisevan yhdistelmän piisirulla, mikä tuo yleiskäyttöisen kvanttitietokoneen unelman lähemmäksi todellisuutta.

He ovat demonstroineet piille integroitua kubittien alustaa, joka yhdistää sekä yhden spinin osoitettavuuden - kyky kirjoittaa informaatiota yhdelle spin kubitille häiritsemättä naapureitaan - että kubitin luennan prosessin, joka on elintärkeä kvanttivirheen korjaamiseksi.

Tutkijatiimiä johtaa UNSW Sydneyn ja CQC2T-yksikön ohjelmajohtaja professori Andrew Dzurak. Viime vuonna Dzurak ja kollegat julkaisivat siruarkkitehtuurin suunnitelman, jonka toivotaan mahdollistavan kvanttilaskennan suorittamisen käyttäen pii CMOS-komponentteja.

Uudessa tutkimuksessa tiimi yhdistää kaksi keskeistä kvanttitekniikkaa ensimmäistä kertaa vahvistaen lähestymistapansa lupauksen.

Dzurakin tiimi on jo aiemmin osoittanut (2014), että piille integroitu kubittien alusta voi toimia yhden spin osoitettavuudella - kyky pyöräyttää yhtä spiniä naapuria häiritsemättä.

Nyt he ovat osoittaneet, että he voivat yhdistää tämän erikoistyyppiseen kvanttiluennan prosessiin, joka tunnetaan nimellä Pauli spin saarto. Se on tärkeä vaatimus kvanttivirheenkorjauskoodeille. Tämä uusi yhdistelmä kubitin luennan ja hallinnan tekniikoita ovat keskeinen piirre heidän kvanttisirun suunnitelmassa.

"Olemme osoittaneet kyvyn tehdä Pauli spin luennan piille kootulla kubittipiirillämme, mutta ensimmäistä kertaa olemme myös yhdistäneet sen spin-resonanssin kanssa spinin hallitsemiseksi", Dzurak sanoo.

"Tämä on tärkeä virstanpylväs meille kohti kvanttivirheenkorjauksen suorittamista spin-kubiteilla, mikä on oleellista kaikille universaaliselle kvanttikoneelle."

Julkaisun johtava kirjoittaja Michael Fogarty, toteaa: "Kvanttitason virheenkorjaus on avainvaatimus suuren mittakaavan hyödyllisen kvanttilaskennan luomisessa, koska kaikki kubitit ovat hauraita ja virheitä on korjattava, kun niitä ilmestyy."

Mutta Fogarty toteaa myös, että tämä "luo huomattavia vaatimuksia niiden fyysisten kubittien määrässä, jotka tarvitaan järjestelmän toimimiseksi".

Tähän Dzurak jatkaa: "Käyttämällä pii CMOS -tekniikkaa meillä on ihanteellinen alusta, jonka voimme skaalata miljoonille kubiteille, joita tarvitsemme ja meidän viimeaikaiset tulokset tarjoavat meille välineet saavuttaa spinkubitin virheenkorjaus lähitulevaisuudessa.

"Se on toinen vahvistus siitä, että olemme oikealla tiellä. Ja se osoittaa myös, että UNSW:ssä kehitetty arkkitehtuuri ei toistaiseksi ole osoittanut mitään esteitä toimivan kvanttikonepiirin kehittämiselle - ja mikä parasta, se voidaan valmistaa vakiintuneiden teollisuusprosessien ja komponenttien avulla,” iloitsevat tutkijat UNSW:n tiedotteessa.

Aiemmin kesällä UNSW:n tutkijat rakensivat erilaisista lähekkäin kootuista atomirakenteista kubitteja, joiden elektronien spiniä he onnistuivat virittämään mikroaalloilla resonanssiin yksittäin, niin, että ne eivät vaikuta toisiinsa.

Kuvassa on rakennetun molekyylin taajuusspektri. Kolme piikkiä edustavat kolmea erilaista spinin konfiguraatiota atomien ytimissä.

Näin voidaan luoda sisäänrakennettuja osoitteita, mikä tarjoaa merkittäviä etuja piikvanttikoneen rakentamiselle. Kubittien viritys ja yksittäinen ohjailu ovat välttämättömiä kvanttitietokoneen toiminnalle ja monimutkaisten laskelmien suorittamiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Toimivia kubitteja piille

Piihin perustuvan kvanttitietokoneen suunnitelma