Controllable Quantum Dot Array Breaks Size Record

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Fotografi af kvantechippen, der er vært for arrayet med 16 kvanteprikker, der er sømløst integreret i et skakbrætmotiv. — Fotografi af kvantechippen, der er vært for 16-quantum-dot crossbar-arrayet, sømløst integreret i et skakbrætmotiv. (Med høflighed: Marieke de Lorijn for QuTech)

Forskere ved QuTech i Holland har udviklet en måde at kontrollere et stort udvalg af kvanteprikker med et relativt lille antal kontrollinjer. Teknikken er et vigtigt skridt mod udviklingen af skalerbare kvantesystemer til kvanteberegning og andre kvanteteknologier.

Kvanteprikker er samlinger af atomer på nanoskala, der kan lagre kvanteinformation i form af kvantebits eller qubits, som danner grundlag for kvantecomputere. På nuværende tidspunkt kræver hver qubit dog sin egen kontrollinje eller elektrostatiske gate for at manipulere dens kvantetilstand. Da en fuldt funktionel kvantecomputer vil kræve millioner af qubits for at fungere, indebærer dette behov for millioner af kontrollinjer. Dette er ikke særlig praktisk og er en af anstødsstenene for at opskalere kvanteteknologier.

QuTech forskere, ledet af Menno Veldhorst, vedtaget en "delt kontrol"-tilgang inspireret af klassiske random-access computerarkitekturer, hvor millioner af transistorer betjenes med blot et par tusinde linjer. I deres teknik lavede de en kvantechip, der var vært for et 16-kvanteprikkersystem i et 4×4 skakbrætlignende array. "Kvantepunkterne i arrayet adresseres kollektivt ved hjælp af nogle få delte styrespændinger og giver os mulighed for at begrænse uparrede (hul) spins på hvert sted," forklarer Francesco Borsoi, en postdoc-forsker ved QuTech og den første forfatter til en undersøgelse i Natur Nanoteknologi på arbejdet.

Et forhold svarende til dem i konventionelle computerchips

"På denne måde er skaleringen af kontrollinjerne med kvantepunktnummeret sublineær, idet den adlyder en 'Rent-regel' med en eksponent på 0.5," fortsætter Borsoi og citerer et magtlovsmønster observeret af IBM-videnskabsmanden EF Rent for klassisk edb i 1960'erne. "Med andre ord, og ved at strække konceptet yderligere, kan vi forestille os at kontrollere en million qubits med kun omkring tusind kontrollinjer."

Selvom der skal gøres meget mere arbejde, før dette tal kan nås, ville dette tal svare til et forhold, der ligner dem i konventionelle computerchips, siger han.

En tegneserie, der viser hundredvis af pile (der repræsenterer spins) svævende over chips og omgivet af pile, der repræsenterer det globale mikrobølgefelt

Forskere løser udfordringen med at sende kontrolsignaler til millioner af qubits på én gang

"Vores arkitektur har den fordel, at den er skalerbar som defineret af en lejefaktor, der har vist sig at være skalerbar i klassisk teknologi," siger han. Fysik verden. "Tværbjælkearrays af denne type kunne således måske bruges som enhedsceller af større strukturer og forbundet til at danne et netværk af kvanteberegningsregistre."

Forskerne planlægger nu at fokusere på måder at tune så store kvanteprikker på på en pålidelig måde. Dette kan involvere maskinlæringsmetoder, der kunne muliggøre skalerbar og autonom tuning af kvanteprikkerne og deres interaktioner. "Vi planlægger også at undersøge, hvordan man udfører selektive kvanteoperationer i sådanne arrays, mens vi minimerer signalkrydstale og udvikler meget ensartede materialeplatforme, der letter alle ovennævnte udfordringer," siger Borsoi.