Nok en rekord er slått på veien til fullt operativ og kapabel kvantedatamaskiner: full kontroll av en 6-qubit kvanteprosessor i silisium.
Forskere kaller det “et stort springbrett” for teknologien.
Qubits (eller kvantebiter) er kvanteekvivalentene til klassiske databiter, bare de kan potensielt behandle mye mer informasjon. Takket være kvantefysikken kan de være i to tilstander samtidig, i stedet for bare en enkelt 1 eller 0.
Vanskeligheten er å få mange qubits til å oppføre seg slik vi trenger dem, og derfor er dette hoppet til seks viktig. Å kunne betjene dem i silisium – det samme materialet som brukes i dagens elektroniske enheter – gjør teknologien potensielt mer levedyktig.
“De kvanteberegning utfordringen i dag består av to deler, sier kvantedataforsker Stephan Philips fra Delft University of Technology i Nederland. “Utvikle qubits som er av god nok kvalitet, og utvikle en arkitektur som lar en bygge store systemer med qubits.”
“Vårt arbeid passer inn i begge kategorier. Og siden det overordnede målet om å bygge en like mye som en datamaskin er en enorm innsats, jeg synes det er rimelig å si at vi har bidratt i riktig retning.”
Qubittene er laget av individuelle elektroner festet på rad, 90 nanometer fra hverandre (et menneskehår er ca. 75 000 nanometer i diameter). Denne linjen med “kvanteprikker” er plassert i silisium, ved å bruke en struktur som ligner på transistorene som brukes i standard prosessorer.
Ved å gjøre forsiktige forbedringer av måten elektronene ble forberedt, administrert og overvåket, klarte teamet å kontrollere spinnene deres – den kvantemekaniske egenskapen som muliggjør qubit-tilstanden.
Forskerne var også i stand til å lage logiske porter og sammenfiltre systemer med to eller tre elektroner, på forespørsel, med lave feilrater.
Forskere brukte mikrobølgestråling, magnetiske felt og elektriske potensialer å kontrollere og lese elektronspinn, operere dem som qubits, og få dem til å samhandle med hverandre etter behov.
“I denne forskningen presser vi omhyllingen av antall qubits i silisium, og oppnår høy initialiseringstrohet, høy utlesningsfidelitet, høy single-qubit gate-fidelitet og høy to-qubit state fidelity,” sier elektroingeniør Lieven Vandersypenogså fra Delft University of Technology.
“Det som virkelig skiller seg ut er at vi demonstrerer alle disse egenskapene sammen i ett enkelt eksperiment på et rekordantall qubits.”
Frem til dette punktet, bare 3-qubit-prosessorer har blitt vellykket bygget i silisium og kontrollert opp til det nødvendige kvalitetsnivået – så vi snakker om et stort fremskritt når det gjelder hva som er mulig i denne typen qubit.
Det er forskjellige måter å bygge qubits på – inkludert på superlederehvor mange flere qubits har blitt operert sammen – og forskere finner fortsatt ut metoden som kan være den beste veien videre.
Fordelen med silisium er at produksjons- og forsyningskjedene allerede er på plass, noe som betyr at overgangen fra et vitenskapelig laboratorium til en faktisk maskin bør være enklere. Arbeidet fortsetter med å presse qubit-rekorden enda høyere.
“Med omhyggelig konstruksjon er det mulig å øke silisiumspinn-qubit-antallet mens du holder samme presisjon som for enkelt-qubits,” sier elektroingeniør Mateusz Madzik fra Delft University of Technology.
“Nøkkelbyggesteinen utviklet i denne forskningen kan brukes til å legge til enda flere qubits i de neste iterasjonene av studien.”
Forskningen er publisert i Natur.