Inžinjeri iz UNSW-a u Sidneju riješili su problem koji decenijama zbunjuje naučnike: Kako pouzdano kontrolisati milione kubita u silikonskom kvantnom računarskom čipu bez gubitka dragocjenog prostora dodatnim ožičenjem?
Ovo je pitanje predstavljalo značajnu prepreku u razvoju kvantnog računara, ali je sada prevladano zahvaljujući inžinjerima koji su razvili novu tehniku sposobnu istovremeno kontrolisati milione spin-kubita.
“Do ovog trenutka, kontrolni elektronski spin kubiti oslanjali su se na nas da isporučujemo mikrotalasna magnetska polja stavljanjem struje kroz žicu tik uz kubit”, rekao je vođa tima dr. Jarryd Pla, član fakulteta na Fakultetu elektrotehnike i telekomunikacija UNSW, u saopćenju za javnost univerziteta.
“Kao prvo, magnetska polja vrlo brzo opadaju s udaljenošću, tako da možemo kontrolisati samo one kubite najbliže žici. To znači da bismo morali dodavati sve više žica kako unosimo sve više kubita, što bi zauzimalo mnogo prostora na čipu”, objasnio je Pla.
Nadalje, budući da čip mora raditi na niskim temperaturama, dodavanje više žica generiralo bi previše topline u čipu, ugrožavajući pouzdanost kubita.
Pronalaženje "komad slagalice koji nedostaje"
Tim tvrdi da je u članku objavljenom u Science Advances pronašao “komad slagalice koji nedostaje” u arhitekturi kvantnih računara, koji bi im trebao omogućiti upravljanje milionima kubita potrebnih za izuzetno komplikovana izračunavanja.
Njihovo rješenje temelji se na potpunom preispitivanju arhitekture silikonskih čipova: Umjesto da stavljaju hiljade kontrolnih žica na sićušni silicijski uređaj koji također ima milijune kubita, istraživači su istražili mogućnost korištenja magnetskog polja generiranog iznad čipa za rad svih kubita u isto vrijeme.
Koncept kontrole svih kubita u isto vrijeme prvobitno su predložili stručnjaci za kvantno računarstvo devedesetih godina prošlog stoljeća, navodi se u saopćenju za javnost, ali nitko do danas nije pronašao održivu metodu za to.
Rješenje: Dielektrični rezonator
Inžinjeri su rješenje ovog višedecenijskog problema pronašli dodavanjem nove komponente neposredno iznad silikonskog čipa-kristalne prizme poznate kao dielektrični rezonator. Zgodan trik ovdje je u tome što, kad su mikrotalasi usmjereni u rezonator, rezonator fokusira talasnu dužinu mikrotalasa na mnogo manju veličinu, pa inžinjeri postižu “vrlo efikasnu pretvorbu snage mikrotalasne pećnice u magnetsko polje koje kontroliše okretaje svih kubita.”
“Ovdje postoje dvije ključne inovacije”, objasnio je Pla. “Prvi je da ne moramo ulagati mnogo energije da bismo dobili snažno pogonsko polje za kubite, što presudno znači da ne stvaramo mnogo topline. Drugo je da je polje vrlo jednoliko po čipu tako da svi milioni kubita doživljavaju isti nivo kontrole.”
“Iako postoje inžinjerski izazovi koje treba riješiti prije nego što se mogu napraviti procesori s milion kubita, uzbuđeni smo zbog činjenice da sada imamo način da ih kontrolišemo”, rekao je Pla.
Sljedeći cilj tima je iskoristiti ovu novu tehniku kako bi se olakšalo projektiranje kratkoročnih silicijskih kvantnih procesora. Kvantna računarska tehnologija ima potencijal da pomogne klimatskim promjenama, razvoju lijekova i vakcina, dešifriranju koda i umjetnoj inteligenciji.
Izvor: INTERESTING ENGINEERING
