Kvantna računala: Novi silikonski čip nas približava, kaže njegov Stvoritelj

Andrew Dzurak voli razmišljati u smislu velike slike, čak i ako još nije sve u fokusu.

Kao inženjerski profesor na Sveučilištu New South Wales u Sydneyu i direktor australske nacionalne tvornice za izradu, Dzurak je cilj stvoriti prvo praktično kvantno računalo. On vjeruje da je nedavno otkriveni dizajn njegovog tima za kvantni računalni čip mogao predstavljati ključni prvi korak prema toj destinaciji - a sve se to temelji na arhitekturi silicijskog čipa koja pokreće današnja računala.

"On pruža" viziju "ili" put "do izgradnje kvantnog procesora velikih razmjera, s milijunima kbitova koji će biti potrebni za rješavanje niza važnih problema", kaže on Inverzan.

Kvantno računanje je napredak koji bi vjerojatno bio definiranje tehnološkog postignuća 21. stoljeća - uz pretpostavku, naravno, da ćemo to moći ostvariti u sljedećih 83 godina. To nije izvjesno, s obzirom na to da bi kvantno računalo bilo potpuno operativno, moralo bi imati na milijune kvantnih bitova, ili kbitova, na svakom čipu. Oni koji se razvijaju na mjestima kao što je Google izlaze na oko 50 kubita, bez jamstva da se ovi dizajni mogu povećavati prema gore.

No, kao što Dzurak i njegovi kolege istraživači objašnjavaju u članku objavljenom u petak Nature Communications, oni vjeruju da se njihov dizajn može izgraditi tako da uključuje potrebnu menažeriju qubita, od kojih svaka koristi kvantnu čudnost da prevlada ograničenja binarnog i brzo rješava probleme koji bi trebali uzimati tradicionalna računala milijune godina.

"Ovo je vrlo jednostavna analogija, ali pretpostavljam da bi se moglo reći da je to pomalo kao kad je tim za moonshot imao kompletan dizajn za cijelu misiju, uključujući raketne motore, vremenski raspored pozornica, modul za slijetanje, svemirska odijela, itd. “, kaže. "Da biste ostvarili veliki projekt, morate imati viziju kako se sve uklapa zajedno, i to je ono što smo željeli učiniti s ovim radom."

Dzurakov tim usredotočen je na silicijske kvantne čipove, jedan od pet glavnih kandidata za kvantnu računalnu arhitekturu. Njegova glavna prednost je da je to proširenje tehnologije silikonskih čipova koja je već u upotrebi i koja nudi grubi vodič kako učiniti qubite dovoljno malim da stane milijune na jednom čipu.

"Pretpostavljam da je pošteno reći da ne bih posvetio veći dio svog životnog rada silicijskim bitovima ako ne mislim da je to pravi put", kaže on, iako priznaje da je moguće minimalizirati te bitove stvoriti daljnje probleme. “Ovo je zapravo važna prednost u odnosu na druge qubite, jer to znači da možete spakirati mnogo više qubita na jedan čip, ali također stvara neke izazove u dobivanju toliko kontrolnih linija u malom volumenu. To je dijelom jedan od ključnih izazova kojima se naš rad bavi. ”

Činjenica da ovi čipovi dijele toliko značajki s današnjim čipovima također znači da se mogu izraditi pomoću materijala koji su već dostupni i koji se koriste. U članku se dalje objašnjava kako ovaj dizajn rješava više tehničkih problema kao što su ispravljanje pogrešaka u kubitovim izračunima i izgradnja sklopova potrebnih za kontrolu i čitanje svih tih milijuna kvantnih komponenti.

Koliko nas to još više približava stvarnom, praktičnom kvantnom računalu?

"Želimo početi koristiti procese proizvodnje silicijskog čipa kako bismo napravili mali (recimo 10-qubit) sustav prvi - to je cilj broj jedan - za koji se nadamo da ćemo postići za 3 do 5 godina", kaže Dzurak. “Tada želimo izgraditi do veće razine integracije, nastojeći reći 100 kbitova za oko 6-10 godina. Na oko 100 kbitova imali bismo prototip koji bi se mogao nastaviti povećavati tijekom vremena, ali koji bi se već mogao primijeniti na neke zanimljive probleme.

Dzurak kaže da su ti vremenski rokovi u velikoj mjeri ovisni o tome koliko ulaganja njegova grupa prima. Ostvarivanje vizije tima o pravom kvantnom računalu bit će od velike pomoći. Ali barem ta vizija nikada nije bila jasnija.

"Kada sam počeo raditi na dizajnu, htio sam imati vizualizaciju kako bi izgledao cjelovit kvantni računalni čip", kaže on. "To je vrlo važno, budući da je naglašeno kako prednosti korištenja silicija, tako i izazovi izrade cijelog kvantnog procesora. I dalje postoje vrlo stvarni inženjerski izazovi, koji će oduzeti moć i odlučnost da se riješe, ali sada imamo pravu metu kojoj treba težiti.