Nye kontroller skalerer kvantechips

En grundlæggende barriere for skalering af kvantecomputermaskiner er "qubit -interferens". I ny forskning offentliggjort i Videnskab fremskridt , ingeniører og fysikere fra Rigetti Computing beskriver et gennembrud, der kan udvide størrelsen på praktiske kvanteprocessorer ved at reducere interferens.

Matt Reagor, hovedforfatter til papiret, siger, "Vi har udviklet en teknik, der gør det muligt for os at reducere interferens mellem qubits, efterhånden som vi tilføjer flere og flere qubits til en chip, dermed bevarer evnen til at udføre logiske operationer, der er uafhængige af tilstanden i et (stort) kvanteregister. "

For at forklare konceptet, Rigetti -teamet anvender vinglas som en analogi til qubits:

Clink et vinglas, og du vil høre den ringe ved sin resonansfrekvens (normalt omkring 400 Hz). Ligeledes, lydbølger med den frekvens får det samme glas til at vibrere. Forskellige former eller mængder væske i et glas vil producere forskellige klirringer, dvs. forskellige resonansfrekvenser. Et klinket vinglas vil forårsage identiske, glas i nærheden for at vibrere. Briller i forskellige former er "off-resonant briller, "hvilket betyder, at de slet ikke vil vibrere meget.

Så, hvad er forholdet mellem briller og qubits?

Reagor forklarer, at hver fysisk qubit på en superledende kvanteprocessor lagrer energi i form af en oscillerende elektrisk strøm. "Tænk på hver qubit som et vinglas, "siger han." Den logiske tilstand af en qubit (f.eks. "0" eller "1") kodes af tilstanden for dens tilsvarende elektriske strømme. I vores analogi, dette svarer til, om et vinglas vibrerer eller ej. "

En meget succesrig klasse af sammenfiltrede porte til superledende qubits fungerer ved at indstille to eller flere qubits til resonans med hinanden. På dette indstillingspunkt, "vinglasene" optager hinandens "vibrationer".

Denne effekt kan være stærk nok til at producere betydelige, betingede vibrationsændringer, der kan udnyttes som betinget logik. Forestil dig, at du hælder eller hæver vin fra et af glassene for at få denne tuning til at ske. Med qubits, der er afstembare kredsløbselementer, der opfylder det samme formål.

"Når vi skalerer op kvanteprocessorer, der er flere og flere vinglas at styre, når der udføres en bestemt betinget logikport, "siger Reagor." Forestil dig at stille en håndfuld identiske glas i rækkefølge med stigende mængder vin. Nu vil vi indstille et glas til resonans med et andet, uden at forstyrre nogen af ​​de andre briller. At gøre det, du kan prøve at udligne glassenes vinindhold. Men den overførsel skal være øjeblikkelig for ikke at ryste resten af ​​glassene undervejs. Lad os sige, at et glas har en resonans ved en frekvens (kald det 400 Hz), mens et andet, nærliggende glas har et andet glas (f.eks. 380 Hz). Nu, vi gør brug af en lidt subtil musikalsk effekt. Vi kommer faktisk til at fylde og tømme et af glassene gentagne gange. "

Han fortsætter:"Vi gentager denne påfyldningsoperation ved forskellen mellem glasene (her, 20 gange i sekundet, eller 20 Hz). Ved at gøre det, vi skaber en beat-note til dette glas, der præcist er resonant med det andet. Fysikere kalder dette nogle gange en parametrisk proces. Vores beat-note er "ren"-den har ikke frekvensindhold, der forstyrrer de andre briller. Det er det, vi har demonstreret i vores seneste arbejde, hvor vi navigerede i en kompleks otte-qubit processor med parametriske to-qubit porte. "

Reagor konkluderer:"Selvom denne analogi kan lyde noget fantasifuld, dens kortlægning på vores specifikke teknologi, fra et matematisk synspunkt, er overraskende præcis. "