Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Væsentlig kvantecomputerkomponent reduceret med to størrelsesordener

Den nye ikke-gensidige enhed fungerer som en rundkørsel for fotoner. Her, pile viser retningen af ​​fotonernes udbredelse. Kredit:IST Østrig/ Birgit Rieger

Qubits, eller kvantebits, er de vigtigste byggesten i hjertet af enhver kvantecomputer. For at udføre en beregning, signaler dirigeres til og fra qubits. Imidlertid, qubits er ekstremt følsomme over for interferens fra deres omgivelser, og skal afskærmes mod udefrakommende signaler, især fra magnetiske felter. Det er et alvorligt problem, at de enheder, der er bygget til at beskytte qubits mod uønskede signaler, kendt som ikke-gensidige enheder, producerer selv magnetiske felter. I øvrigt, de er flere centimeter store, hvilket er problematisk, givet, at der kræves et stort antal sådanne elementer i hver kvanteprocessor.

Nu, forskere ved Institut for Videnskab og Teknologi Østrig (IST Østrig), samtidig med konkurrerende grupper i Schweiz og USA, har reduceret størrelsen af ​​ikke-gensidige enheder med to størrelsesordener. Deres enhed, som de sammenligner med en trafikrundkørsel for fotoner, er kun omkring en tiendedel af en millimeter stor, og endnu vigtigere - det er ikke magnetisk. Deres undersøgelse blev offentliggjort i open access-tidsskriftet Naturkommunikation .

Når forskere ønsker at modtage et signal såsom en mikrobølgefoton fra en qubit, mens du forhindrer støj og andre falske signaler i at bevæge sig mod qubit, de bruger ikke-gensidige enheder, såsom isolatorer eller cirkulatorer. Disse enheder styrer signaltrafikken, ligner den måde, trafikken reguleres på i hverdagen." Forestil dig en rundkørsel, hvor du kun kan køre mod uret, " forklarer førsteforfatter Dr. Shabir Barzanjeh, en postdoc i professor Johannes Finks gruppe ved IST Østrig. "Ved afkørsel nummer et, på bunden, der er vores qubit. Dens svage signal kan gå til udgang nummer to øverst. Men et signal, der kommer ind fra udgang nummer to, kan ikke rejse den samme vej tilbage til qubit. Den er tvunget til at rejse mod uret, og før den når udgang en, den møder udgang tre. der, vi blokerer det og forhindrer det i at skade qubit'en."

De 'rundkørsler', gruppen har designet, består af aluminiumskredsløb på en siliciumchip, og de er de første, der er baseret på mikromekaniske oscillatorer:To små siliciumstråler svinger på chippen som strengene på en guitar og interagerer med det elektriske kredsløb. Disse enheder er små i størrelse - kun omkring en tiendedel millimeter i diameter. Dette er en af ​​de store fordele, den nye komponent har i forhold til sine traditionelle forgængere, som var et par centimeter brede.

I øjeblikket, kun nogle få qubits er blevet brugt til at teste principperne for kvantecomputere, men i fremtiden, tusinder eller endda millioner af qubits vil blive forbundet sammen, og mange af disse qubits vil kræve deres egen cirkulator. "Forestil dig at bygge en processor, der har millioner af sådanne centimeter-størrelse komponenter. Det ville være enormt og upraktisk, " siger Shabir Barzanjeh. "Brug af vores ikke-magnetiske og meget kompakte on-chip cirkulationspumper gør i stedet livet meget lettere." Alligevel skal nogle forhindringer overvindes, før enhederne vil blive brugt til denne specifikke applikation. F.eks. den tilgængelige signalbåndbredde er i øjeblikket stadig ret lille, og de nødvendige drevkræfter kan skade qubits. Imidlertid, forskerne er sikre på, at disse problemer vil vise sig at være løselige.