Горячие кубиты разрушают одно из самых больших ограничений для практических квантовых компьютеров

Большинство квантовых компьютеров, разрабатываемых по всему миру, будут работать только на доли градуса выше абсолютного нуля. Это требует охлаждения на несколько миллионов долларов, и как только вы подключите их к обычным электросетям, они сразу же перегреются.

Большинство квантовых компьютеров, разрабатываемых по всему миру, будут работать только на доли градуса выше абсолютного нуля. Это требует систем охлаждения за несколько миллионов долларов, и как только вы подключите их к обычным электронным цепям, они сразу же перегреются.

Охлаждение квантовых компьютеров

Но теперь исследователи во главе с профессором Эндрю Джураком из UNSW Sydney решили эту проблему.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

«Наши новые результаты открывают путь от экспериментальных устройств к недорогим квантовым компьютерам для реальных деловых и государственных приложений», - говорит профессор Джурак.

Исследовательская ячейка квантового процессора, разработанная исследователями, на кремниевом чипе работает на 1,5 Кельвина - в 15 раз теплее, чем основная конкурирующая технология на основе чипов, разрабатываемая Google, IBM и другими, которая использует сверхпроводящие кубиты.

«Это все еще очень холодно, но это температура, которую можно достичь, используя охлаждение всего на несколько тысяч долларов, а не миллионы долларов, необходимых для охлаждения чипсов до 0,1 Кельвина», - объясняет Джурак.

«Хотя это трудно оценить, используя наши повседневные представления о температуре, это увеличение является экстремальным в квантовом мире».

Ожидается, что квантовые компьютеры превзойдут обычные по ряду важных задач, от точного изготовления лекарств до алгоритмов поиска. Однако разработка такой конструкции, которая может быть изготовлена ​​и эксплуатироваться в реальных условиях, представляет собой серьезную техническую проблему.

Исследователи UNSW считают, что они преодолели одно из самых трудных препятствий на пути к тому, чтобы квантовые компьютеры стали реальностью.

В статье, опубликованной в журнале Nature сегодня, команда Джурака вместе с сотрудниками из Канады, Финляндии и Японии сообщают о проверенной концепции элементарной ячейки квантового процессора, которая, в отличие от большинства разработок, исследуемых во всем мире, не нуждается в работе при температуре ниже одной десятой градуса Кельвина.

Команда Джурака впервые объявила о своих экспериментальных результатах в феврале прошлого года. Затем, в октябре 2019 года, группа в Нидерландах во главе с бывшим исследователем из группы Джурака, Менно Вельдхорстом, объявила аналогичный результат, используя ту же кремниевую технологию, разработанную в UNSW в 2014 году. Подтверждение такого поведения «горячего кубита» двумя группами в разных концах света привели к тому, что две статьи были опубликованы в одном и том же номере журнала Nature.

Кубитные пары являются фундаментальными единицами квантовых вычислений. Как и его классический вычислительный аналог - бит - каждый кубит характеризует два состояния, 0 или 1, для создания двоичного кода. Однако, в отличие от бита, он может одновременно проявлять оба состояния, что называется «суперпозицией».

Элементарная ячейка, разработанная командой Джурака, состоит из двух кубитов, заключенных в пару квантовых точек, встроенных в кремний. Результат в увеличенном масштабе может быть изготовлен с использованием существующих заводов по производству кремниевых чипов и будет работать без необходимости охлаждения на несколько миллионов долларов. Также было бы легче интегрироваться с обычными кремниевыми чипами, которые понадобятся для управления квантовым процессором.

Например, квантовому компьютеру, который способен выполнять сложные вычисления, необходимые для разработки новых лекарств, потребуются миллионы пар кубитов, и обычно считается, что до него осталось не менее десяти лет. Эта потребность в миллионах кубитов представляет собой большую проблему для дизайнеров.

«Каждая пара кубитов, добавленная в систему, увеличивает общее количество вырабатываемого тепла, - объясняет Джурак, - и добавленное тепло приводит к ошибкам. Именно поэтому существующие конструкции должны поддерживаться так близко к абсолютному нулю».

Перспектива использования квантовых компьютеров с достаточным количеством кубитов для использования при температурах, намного более низких, чем в глубоком космосе, является пугающей, дорогой и доводит технологию охлаждения до предела.

Команда UNSW, однако, создала элегантное решение проблемы, инициализируя и «считывая» пары кубитов, используя туннелирование электронов между двумя квантовыми точками.

Опытные эксперименты были выполнены доктором Генри Янгом из команды UNSW, которого Джурак назвал «блестящим экспериментатором». опубликовано econet.ru по материалам phys.org 

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet