Nøglekomponent til opskalering af quantum computing

Et team ved University of Sydney og Microsoft, i samarbejde med Stanford University i USA, har miniaturiseret en komponent, der er afgørende for opskalering af quantum computing. Arbejdet udgør den første praktiske anvendelse af en ny fase af stof, først opdaget i 2006, de såkaldte topologiske isolatorer.

Ud over de velkendte faser af stof - solid, væske, eller gas - topologiske isolatorer er materialer, der fungerer som isolatorer i hovedparten af ​​deres strukturer, men har overflader, der fungerer som ledere. Manipulation af disse materialer giver en vej til at konstruere de kredsløb, der er nødvendige for interaktionen mellem kvante- og klassiske systemer, afgørende for at opbygge en praktisk kvantecomputer.

Teoretisk arbejde, der ligger til grund for opdagelsen af ​​denne nye stoffase, blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2016.

Sydney -teamets komponent, opfundet en mikrobølge cirkulator, fungerer som en trafik -rundkørsel, at sikre, at elektriske signaler kun formerer sig i én retning, med eller mod uret, som krævet. Lignende enheder findes i mobiltelefonens basestationer og radarsystemer, og vil være påkrævet i store mængder ved konstruktion af kvantecomputere. En stor begrænsning, indtil nu, er, at typiske cirkulatorer er omfangsrige objekter på størrelse med din hånd.

Denne opfindelse, rapporteret af Sydney -teamet i dag i journalen Naturkommunikation , repræsenterer miniaturiseringen af ​​den almindelige cirkulationsenhed med en faktor 1000. Dette er blevet gjort ved at udnytte egenskaberne af topologiske isolatorer til at bremse lysets hastighed i materialet. Denne minaturisering baner vejen for, at mange cirkulatorer kan integreres på en chip og fremstilles i de store mængder, der vil være nødvendige for at bygge kvantecomputere.

Lederen af ​​Sydney -teamet, Professor David Reilly, forklarede, at arbejdet med at skalere kvantecomputere driver gennembrud inden for beslægtede områder inden for elektronik og nanovidenskab.

"Det handler ikke kun om qubits, de grundlæggende byggesten til kvantemaskiner. At bygge en storskala-kvantecomputer vil også have brug for en revolution inden for klassisk computing og enhedsteknik, "Sagde professor Reilly.

"Selvom vi havde millioner af qubits i dag, det er ikke klart, at vi har den klassiske teknologi til at kontrollere dem. At realisere en opskaleret kvantecomputer vil kræve opfindelsen af ​​nye enheder og teknikker ved den kvanteklassiske grænseflade. "

Hovedforfatter af papiret og ph.d. -kandidat Alice Mahoney sagde:"Sådanne kompakte cirkulatorer kan implementeres i en række kvantehardwareplatforme, uanset det særlige kvantesystem, der bruges. "

En praktisk kvantecomputer er stadig nogle år væk. Forskere forventer at være i stand til at udføre i øjeblikket uløselige beregninger med kvantecomputere, der vil have applikationer inden for områder som kemi og lægemiddeldesign, klima og økonomiske modeller, og kryptografi.