Przestarzały krzem może być kluczem do budowy wszechobecnych komputerów kwantowych

Od dziesięcioleci chipy krzemowe są sercem wszelkiego rodzaju urządzeń komputerowych. Ale w wyścigu do stworzenia komputerów kwantowych, niezwykle potężnej nowej technologii, krzem zajął miejsce w tyle na rzecz innych materiałów. Nowe postępy mogą uczynić go bardziej atrakcyjnym.

Teoretycznie krzem powinien być świetnym kandydatem do zasilania maszyn nowej generacji. Istnieje już ogromna infrastruktura nastawiona na produkcję krzemowych chipów komputerowych. Istnieją już metody generowania kubitów lub bitów kwantowych przy użyciu metod opartych na krzemie.

Kubity to podstawowe elementy składowe maszyn kwantowych. Zdolność kubitu do przebywania w dwóch stanach ( 0 oraz jeden ) jednocześnie — znane jako superpozycja — umożliwia masowe przetwarzanie równoległe, które ma przewyższyć możliwości najpotężniejszych konwencjonalnych komputerów.

Jednak podejścia oparte na krzemie okazały się mniej popularne niż alternatywne sposoby generowania kubitów, takie jak wykorzystanie materiałów nadprzewodzących, takich jak aluminium chłodzone do ekstremalnych temperatur. Między innymi krzem został w dużej mierze odrzucony, ponieważ trudno jest kontrolować kubity generowane w ten sposób i nie jest jasne, czy powstałe w ten sposób maszyny będą się dobrze skalować.

Intel, gigant chipowy, ma nadzieję, że kubity spinowe pomogą rozwiązać te problemy. Podstawową ideą jest wykorzystanie niewielkich impulsów mikrofalowych do kontrolowania spinu elektronu na urządzeniu krzemowym i efektywnego tworzenia kubitów.

Powiązana historia

Powiązana historia Wkrótce może być więcej języków programowania kwantowego niż komputerów kwantowych.

Nauczyciele akademiccy pracują nad sposobami zwiększenia efektywności tego podejścia. w papier opublikowany dzisiaj w Natura , naukowcy z Delft University of Technology w Holandii i University of Wisconsin-Madison twierdzą, że byli w stanie zaprogramować maszynę dwukubitową opartą na kubitach spinowych, aby wykonać kilka algorytmów, które są zwykle wykorzystywane do testowania skuteczności maszyn kwantowych, w tym taki, który można wykorzystać do przeszukiwania bazy danych.

Thomas Watson, jeden z naukowców, mówi, że postęp zespołu opierał się na takich rzeczach, jak znalezienie lepszych sposobów kalibracji bramek w maszynie lub podstawowych obwodów kwantowych. Uważa, że ​​systemy oparte na krzemie mogą ostatecznie umożliwić upakowanie kubitów gęściej niż w przypadku innych podejść. Im bliżej siebie znajdują się kubity, tym łatwiej jest zmusić je do wpływania na sąsiadów, co zwiększa moc obliczeniową maszyn.

Liczy się jednak nie tylko przytulność. Jeśli kubity mogą wpływać na bardziej odległych sąsiadów, a także tych znajdujących się w ich pobliżu, komputer będzie miał jeszcze więcej siły obliczeniowej do wyginania się. Na tym skupili się naukowcy z Princeton University, University of Konstanz w Niemczech oraz Joint Quantum Institute/NIST w Maryland. Winnym papier opublikowane w Natura opisują metodę wykorzystania fotonów mikrofalowych do pomocy w parowaniu odległych kubitów.

Jest jeszcze wiele do zrobienia, aby kubity oparte na krzemie były traktowane poważniej, ale istnieje potencjał. Pozostają w stanach kwantowych dłużej niż ich nadprzewodnikowe odpowiedniki, co umożliwia wykonanie na nich większej liczby operacji. Mogą również działać w wyższych temperaturach, co oznacza, że ​​nie potrzebują tak złożonego sprzętu do ich obsługi.

Intel uważa, że ​​to wszystko ułatwi skalowanie komputerów kwantowych do milionów kubitów potrzebnych do stworzenia naprawdę użytecznego systemu komercyjnego, dlatego wspiera naukowców pracujących nad technologią kwantową opartą na krzemie. Planuje również rozpocząć produkcję płytek z wieloma tysiącami małych tablic kubitowych w tej samej fabryce, która zajmuje się zaawansowanymi technologiami tranzystorowymi.

Ale nawet największy fan krzemu zabezpiecza swoje zakłady w wyścigu kwantowym: Intel również opracowuje kubity nadprzewodnikowe.

ukryć