Steuerbare Quantenpunktanordnung bricht Größenrekord – Physics World

Forscher von QuTech in den Niederlanden haben eine Möglichkeit entwickelt, eine große Anzahl von Quantenpunkten mit einer relativ kleinen Anzahl von Steuerleitungen zu steuern. Die Technik ist ein wichtiger Schritt zur Entwicklung skalierbarer Quantensysteme für Quantencomputing und andere Quantentechnologien.

Quantenpunkte sind nanoskalige Ansammlungen von Atomen, die Quanteninformationen in Form von Quantenbits oder Qubits speichern können, die die Grundlage für Quantencomputer bilden. Derzeit benötigt jedoch jedes Qubit eine eigene Steuerleitung oder ein elektrostatisches Tor, um seinen Quantenzustand zu manipulieren. Da ein voll funktionsfähiger Quantencomputer Millionen von Qubits benötigt, um zu funktionieren, bedeutet dies, dass Millionen von Steuerleitungen erforderlich sind. Dies ist nicht sehr praktisch und eines der Hindernisse für die Ausweitung der Quantentechnologien.

Das QuTech Forscher unter der Leitung von Menno Veldhorst, verfolgte einen „Shared-Control“-Ansatz, der von klassischen Random-Access-Computing-Architekturen inspiriert war, in denen Millionen von Transistoren mit nur wenigen tausend Leitungen betrieben werden. Mit ihrer Technik stellten sie einen Quantenchip her, der ein 16-Quantenpunktsystem in einer schachbrettartigen 4×4-Anordnung beherbergt. „Die Quantenpunkte des Arrays werden mithilfe einiger gemeinsamer Steuerspannungen gemeinsam angesprochen und ermöglichen es uns, ungepaarte (Loch-)Spins an jeder Stelle zu begrenzen“, erklärt Francesco Borsoi, Postdoktorand bei QuTech und Erstautor einer Studie in Natur Nanotechnologie auf der Arbeit.

Ein ähnliches Verhältnis wie bei herkömmlichen Computerchips

„Auf diese Weise ist die Skalierung der Kontrolllinien mit der Quantenpunktzahl sublinear und gehorcht einer ‚Rent-Regel‘ mit einem Exponenten von 0.5“, fährt Borsoi fort und zitiert ein Potenzgesetzmuster, das der IBM-Wissenschaftler EF Rent für die Klassik beobachtet hat Informatik in den 1960er Jahren. „Mit anderen Worten, wenn wir das Konzept weiter ausdehnen, können wir uns vorstellen, eine Million Qubits mit nur etwa tausend Steuerleitungen zu steuern.“

Zwar müsse noch viel Arbeit geleistet werden, bis diese Zahl erreicht sei, diese Zahl entspräche aber einem ähnlichen Verhältnis wie bei herkömmlichen Computerchips, sagt er.

Forscher meistern die Herausforderung, Steuersignale gleichzeitig an Millionen von Qubits zu senden

„Unsere Architektur hat den Vorteil, dass sie skalierbar ist, indem sie durch einen Rent-Faktor definiert wird, der sich in der klassischen Technologie als skalierbar erwiesen hat“, erklärt er Physik-Welt. „Crossbar-Arrays dieser Art könnten daher möglicherweise als Elementarzellen größerer Strukturen eingesetzt und zu einem Netzwerk von Quantencomputerregistern verbunden werden.“

Die Forscher wollen sich nun auf Möglichkeiten konzentrieren, solch große Quantenpunkt-Arrays zuverlässig abzustimmen. Dabei kann es sich um Methoden des maschinellen Lernens handeln, die eine skalierbare und autonome Abstimmung der Quantenpunkte und ihrer Wechselwirkungen ermöglichen könnten. „Wir planen außerdem zu untersuchen, wie man in solchen Arrays selektive Quantenoperationen durchführen und gleichzeitig Signalübersprechen minimieren kann, und sehr einheitliche Materialplattformen zu entwickeln, die alle oben genannten Herausforderungen bewältigen“, sagt Borsoi.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/controllable-quantum-dot-array-breaks-size-record/