Контрольований масив квантових точок б’є рекорд розміру

Перевидано Платоном

читають: 0

Фотографія квантового чіпа з матрицею з 16 квантових точок, плавно інтегрованої в мотив шахової дошки. (З дозволу: Маріке де Лорійн для QuTech)

Дослідники з QuTech у Нідерландах розробили спосіб керування великим масивом квантових точок за допомогою відносно невеликої кількості ліній керування. Техніка є важливим кроком до розробки масштабованих квантових систем для квантових обчислень та інших квантових технологій.

Квантові точки — це нанорозмірні колекції атомів, які можуть зберігати квантову інформацію у формі квантових бітів або кубітів, які є основою для квантових комп’ютерів. Однак наразі кожен кубіт потребує власної лінії керування або електростатичних воріт, щоб маніпулювати його квантовим станом. Оскільки для роботи повнофункціонального квантового комп’ютера будуть потрібні мільйони кубітів, це означає потребу в мільйонах ліній керування. Це не дуже практично і є одним із каменів спотикання на шляху розширення квантових технологій.

Команда QuTech дослідників, під керівництвом Менно Велдгорст, прийняв підхід «спільного керування», натхненний класичними обчислювальними архітектурами з довільним доступом, у яких мільйони транзисторів працюють із лише кількома тисячами ліній. У своїй техніці вони створили квантовий чіп із системою з 16 квантових точок у масиві 4×4, схожому на шахівницю. «Квантові точки масиву адресуються колективно, використовуючи кілька спільних керуючих напруг, і це дозволяє нам обмежити непарні (діркові) спіни в кожному місці», — пояснює Франческо Борсоі, докторант QuTech і перший автор дослідження в Природа нанотехнології на роботі.

Співвідношення, схоже на співвідношення у звичайних комп’ютерних мікросхемах

«Таким чином масштабування контрольних ліній із числом квантових точок є сублінійним, підкоряючись «правилу ренти» з показником 0.5», — продовжує Борсой, посилаючись на закономірність степеневого закону, яку спостерігав вчений IBM Е.Ф.Рент для класичних обчислення в 1960-х роках. «Іншими словами, і розширюючи концепцію далі, ми можемо уявити собі керування одним мільйоном кубітів лише приблизно з тисячею ліній керування».

Незважаючи на те, що потрібно ще багато роботи, щоб досягти цієї цифри, ця цифра відповідатиме співвідношенню, подібному до співвідношення у звичайних комп’ютерних чіпах, каже він.

Мультфільм із зображенням сотень стрілок (що символізують обертання), що ширяють над фішками й оточених стрілками, що представляють глобальне мікрохвильове поле

Дослідники вирішують завдання надсилання керуючих сигналів мільйонам кубітів одночасно

«Наша архітектура має перевагу масштабованості, яка визначається коефіцієнтом оренди, який довів свою масштабованість у класичній технології», — розповідає він Світ фізики. «Поперечні масиви такого типу, можливо, можуть бути використані як елементарні комірки більших структур і з’єднані для формування мережі квантових обчислювальних реєстрів».

Тепер дослідники планують зосередитися на способах надійного налаштування таких великих масивів квантових точок. Це може включати методи машинного навчання, які могли б уможливити масштабоване та автономне налаштування квантових точок та їх взаємодії. «Ми також плануємо дослідити, як виконувати селективні квантові операції в таких масивах, мінімізуючи перехресні перешкоди сигналу, і розробити дуже однорідні матеріальні платформи, які сприятимуть усім перерахованим вище завданням», — говорить Борсой.