Тільки що винайдений зовсім новий тип квантових обчислень

Новий тип кубитів

Австралійські дослідники розробили новий тип кубітів - будівельний блок квантових комп'ютерів - які, як вони кажуть, нарешті, дозволять створити справжній великомасштабний квантовий комп'ютер.

В широкому сенсі, в даний час існує декілька способів зробити квантовий комп'ютер. Деякі займають менше місця, але, як правило, неймовірно складні. Інші простіше, але якщо ви хочете, щоб він розширювався, вам потрібно було збити кілька стін.

Деякі надійні способи захоплення кубіта - використовувати стандартну технологію атомного приручення, таку як іонні пастки і оптичні пінцети, які можуть утримуватися на частинках досить довго, щоб їх квантові стани були проаналізовані.

Інші використовують схеми з надпровідних матеріалів для виявлення квантових суперпозиций в шалено слизьких електричних токах.

Перевага цих систем полягає в їх основі в існуючих методах і обладнанні, що робить їх відносно доступними і легко об'єднуються.

Вартість - це простір, який технологія може робити для відносно невеликої кількості кубітів, але коли ви дивитеся на сотні або тисячі з них, пов'язаних з комп'ютером, масштаб швидко стає неможливим.

Завдяки інформації про кодування як ядра, так і електрона атома новий кремній-кубіт, який називається «тригерним кубітом», може управлятися електричними сигналами замість магнітних. Це означає, що він може підтримувати квантове переплетення на більшу відстань, ніж будь-коли раніше, що робить його більш дешевим і легким встраиванием в масштабований комп'ютер.

Тригер-кубіти

«Якщо вони занадто близькі або занадто далекі один від одного, «заплутування» між квантовими бітами, що робить квантові комп'ютери такими особливими, не відбувається», - говорить дослідник, який придумав новий кубіт, Гільєрме Тосі, з Університету Нового Південного Уельсу в Австралії.

Тригер-кубіт  буде знаходитися в найкращому місці між цими двома крайнощами, пропонуючи справжнє квантове заплутування на відстані сотень нанометрів.

Іншими словами, це може бути саме те, що ми чекали, щоб зробити квантові комп'ютери на основі кремнію масштабованими.

Щоб бути ясним, поки у нас є тільки план пристрої - він ще не побудований. Але, за словами лідера команди Андреа Морелло, розвиток настільки ж важливо для цієї області, як оригінальна стаття 1998 року в Nature Брюсом Кейном, яка почала рух квантових обчислень кремнію.

«Як і папір Кейна, це теорія, пропозиція - кубіт ще належить побудувати», - каже Морелло. «У нас є попередні експериментальні дані, які припускають, що це цілком здійсненно, тому ми працюємо, щоб повністю продемонструвати це. Але я думаю, що це так само проникливо, як оригінальна стаття Кейна».

Тригер-плюп працює шляхом кодування інформації як на електронному ядрі атома фосфору, запроваджений всередині кремнієвої мікросхеми, так і на зв'язок з малюнком електродів. Все це потім охолоджується до абсолютного нуля і заливається магнітним полем.

Тоді значення кубіта визначається комбінаціями двійкового властивості, званого спіном, - якщо спін «вгору» для електрона, а «вниз» для ядра, кубіт є загальне значення 1. Зворотний, і це 0.

Це залишає суперпозицію спінових станів для використання в квантових операціях.

В тригерах дослідники можуть контролювати кубіт за допомогою електричного поля замість магнітних сигналів, що дає дві переваги. Легше інтегрувати з нормальними електронними схемами, і, що найголовніше, це також означає, що кубіти можуть спілкуватися на великих відстанях.

«Щоб управляти цим кубітом, вам потрібно трохи потягнути електрон від ядра, використовуючи електроди нагорі. Роблячи таким чином, ви також створюєте електричний диполь », - каже Тосі.

«Це ключовий момент», додає Морелло. «Ці електричні диполі взаємодіють один з одним на досить великих відстанях, хороша частка мікрон, або 1000 нанометрів».

"Це означає, що тепер ми можемо помістити одноатомні кубіти набагато далі, ніж вважалося раніше можливим. Таким чином, існує безліч можливостей для інтерполяції ключових класичних компонентів, таких як межсоединения, керуючі електроди і зчитувальні пристрої, зберігаючи при цьому точну атомну природу квантового біта ».

«Легше виготовити, ніж пристрої на атомній шкалою, але все ж дозволяє нам розміщувати мільйон кубітів на квадратний міліметр».

Що означає цей новий тригер-плюп, це баланс, який може зробити майбутні квантові комп'ютери малими і потенційно доступними.

«Це блискучий дизайн, і, як і багато подібних концептуальні скачки, дивно, що ніхто раніше не думав про це», - говорить Морелло.

Дослідження було опубліковане в Nature Communications.