Avustralyalı mühendisler, mantık kapılarını çalıştıran kuantum noktalarına yerleştirilmiş tek elektronları hassas bir şekilde kontrol etmenin yeni bir yolunu keşfettiler. Dahası, yeni mekanizma daha az hantal ve daha az parça gerektiriyor, bu da büyük ölçekli silikon kuantum bilgisayarları gerçeğe dönüştürmek için gerekli olabilir.

Kuantum hesaplama girişimi Diraq ve UNSW Sidney'deki mühendisler tarafından yapılan tesadüfi keşif, günlükte ayrıntılarıyla anlatılıyor. Doğa Nanoteknolojisi.

Sidney merkezli bir UNSW yan şirketi olan Diraq'ta kuantum işlemci mühendisi olan baş yazar Dr. Will Gilbert, "Bu, daha önce hiç görmediğimiz ve ilk başta tam olarak anlamadığımız tamamen yeni bir etkiydi" dedi. yerleşke. "Ancak bunun bir kuantum noktasındaki dönüşleri kontrol etmenin güçlü ve yeni bir yolu olduğu kısa sürede anlaşıldı. Ve bu çok heyecan vericiydi.”

Mantık kapıları, tüm hesaplamaların temel yapı taşıdır; bilgileri işlemek için "bitlerin" - veya ikili basamakların (0'lar ve 1'ler) - birlikte çalışmasına izin verirler. Bununla birlikte, bir kuantum biti (veya kübit) bu iki durumda aynı anda bulunur, bu durum "süperpozisyon" olarak bilinir. Bu, klasik bilgisayarların ötesinde, bazıları katlanarak daha hızlı, bazıları aynı anda çalışan çok sayıda hesaplama stratejisine izin verir. Qubit'lerin kendisi “,” bir veya birkaç elektronu yakalayabilen küçük nanoaygıtlar. Hesaplamanın gerçekleşmesi için elektronların hassas kontrolü gereklidir.

Diraq mühendisleri, mantık kapılarını çalıştıran kuantum noktalarına yerleştirilmiş tek elektronları hassas bir şekilde kontrol etmenin yeni bir yolunu keşfettiler ve milyar kübitlik kuantum çiplerine ulaşma gerçeğini daha da yakınlaştırdılar. Dahası, yeni mekanizma daha az hantal ve daha az parça gerektiriyor, bu da büyük ölçekli silikon kuantum bilgisayarları gerçeğe dönüştürmek için gerekli olabilir. XNUMX kredi

Manyetik alanlar yerine elektrik kullanmak

Dr. Tuomo Tanttu, kuantum noktalarını kontrol eden metrenin milyarda biri büyüklüğündeki cihazların farklı geometrik kombinasyonları ile bunların operasyonlarını yürüten çeşitli minicik mıknatıslar ve antenlerle deneyler yaparken garip bir etkiyle karşılaştı.

Diraq'ta bir ölçüm mühendisi olan Dr. Tanttu, "Birçok farklı cihaz, biraz farklı geometriler, farklı malzeme yığınları ve farklı kontrol tekniklerini yineleyerek iki kübitlik bir geçidi gerçekten doğru bir şekilde çalıştırmaya çalışıyordum" diye hatırlıyor. “Sonra bu garip zirve ortaya çıktı. Bu deneyleri yürüttüğüm dört yıl boyunca hiç görmediğim şekilde, kübitlerden birinin dönüş hızı hızlanıyor gibiydi.”

Mühendisler daha sonra keşfettiği şeyin, tek bir parçanın kuantum durumunu manipüle etmenin yeni bir yolu olduğunu fark ettiler.  daha önce kullandıkları manyetik alanlar yerine elektrik alanlarını kullanarak. 2020'de keşfin yapılmasından bu yana mühendisler, Diraq'ın tek bir çip üzerinde milyarlarca kübit inşa etme hırsını gerçekleştirmek için cephaneliklerinde başka bir araç haline gelen tekniği mükemmelleştiriyorlar.

Bir kuantum noktası içinde tutulan tek bir kübitin sanatçı konsepti, bir mikrodalga sinyaline yanıt olarak döner. XNUMX kredi

Gilbert, "Bu, kübitleri manipüle etmenin yeni bir yolu ve inşa etmesi daha az hantal; kontrol efekti oluşturmak için kübitlerin hemen yanında kobalt mikro mıknatıslar veya anten üretmenize gerek yok" dedi. “Her kapının etrafına ekstra yapılar yerleştirme gerekliliğini ortadan kaldırıyor. Böylece daha az dağınıklık olur.”

Yakındaki diğerlerini rahatsız etmeden tek elektronları kontrol etmek, silikonda kuantum bilgi işleme için gereklidir. Yerleşik iki yöntem vardır: “” (ESR) çip üzerinde bir mikrodalga anten kullanarak; ve indüklenmiş bir gradyana dayanan elektrik dipol spin rezonansı (EDSR) . Yeni keşfedilen teknik, "içsel spin-yörünge EDSR" olarak bilinir.

Tanttu, "Normalde mikrodalga antenlerimizi tamamen manyetik alanlar sağlayacak şekilde tasarlarız," dedi. "Ancak bu özel anten tasarımı, istediğimizden daha fazla elektrik alanı üretti ve bunun bir şans olduğu ortaya çıktı, çünkü kübitleri manipüle etmek için kullanabileceğimiz yeni bir etki keşfettik. Bu senin için tesadüf.”

Diraq'ın Sidney, Avustralya'daki laboratuvarlarından birinin kuşbakışı görünümü. Kredi bilgileri: Shaun Dougherty

Discovery, silikon kuantum hesaplamayı daha da yakınlaştırıyor

Diraq'ın CEO'su ve Kurucusu ve UNSW'de Kuantum Mühendisliği Profesörü olan Prof Andrew Dzurak, "Bu, son 20 yıllık araştırmalarda geliştirdiğimiz tescilli teknoloji hazinesine katkıda bulunan yeni bir mekanizma mücevheridir" dedi. 2015 yılında silikondan ilk kuantum mantık kapısını inşa eden ekibe liderlik etti.

"Egzotik malzemelere dayanmak yerine, esas olarak mevcut bilgisayar çipleriyle aynı yarı iletken bileşen teknolojisine dayanan, silikonda kuantum hesaplamayı gerçeğe dönüştürmek için çalışmalarımıza dayanıyor" diye ekledi. "Bugünün bilgisayar endüstrisi ile aynı CMOS teknolojisine dayandığından, yaklaşımımız ticari üretim için ölçeklendirmeyi daha kolay ve hızlı hale getirecek ve milyarlarca kübit üretme hedefimize ulaşacak. ".

CMOS (veya "see-moss" olarak telaffuz edilen tamamlayıcı metal oksit yarı iletken), modern bilgisayarların kalbindeki üretim sürecidir. Mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler, bellek yongaları ve diğer dijital mantık devrelerinin yanı sıra görüntü sensörleri ve veri dönüştürücüler gibi analog devreler dahil olmak üzere her türlü entegre devre bileşenini yapmak için kullanılır.

Kızılötesi bir mikrodalga sinyaline tepki olarak hızlanmaya başladığında ve elektron kuantum noktası içinde takırdamaya başladığında tek bir kübitin gösterimi. XNUMX kredi

Bir kuantum bilgisayarı oluşturmak, "21. yüzyılın uzay yarışı" olarak adlandırıldı - karmaşık ilaçların ve gelişmiş malzemelerin tasarımı veya hızlı arama gibi aksi takdirde imkansız hesaplamaların üstesinden gelmek için devrim niteliğinde araçlar sunma potansiyeline sahip zorlu ve iddialı bir meydan okuma. büyük, sıralanmamış veritabanları.

Dzurak, "Sıklıkla Ay'a inmeyi insanlığın en büyük teknolojik harikası olarak düşünürüz" dedi. "Ama gerçek şu ki, bir senfoni gibi çalışmak üzere birbirine entegre edilmiş ve cebinizde taşıyabileceğiniz milyarlarca işletim cihazı içeren günümüzün CMOS yongaları, şaşırtıcı bir teknik başarı ve modern yaşamda devrim yaratan bir başarı. Kuantum hesaplama da aynı derecede şaşırtıcı olacak.”

 

Kaynak: Yeni spin kontrol yöntemi, milyar kübitlik kuantum çiplerini yakınlaştırıyor

Çevirmek "