Quantum computing i stor skala:Forskere opnår kompakte, følsom qubit -aflæsning

Professor Michelle Simmons 'team ved UNSW Sydney har demonstreret en kompakt sensor til at få adgang til information, der er gemt i elektronerne i individuelle atomer - et gennembrud, der bringer os et skridt tættere på skalerbar kvanteberegning i silicium.

Forskningen, udført inden for Simmons -gruppen ved Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) med ph.d. studerende Prasanna Pakkiam som hovedforfatter, blev offentliggjort i dag i det prestigefyldte tidsskrift Fysisk gennemgang X .

Quantum bits (eller qubits) fremstillet af elektroner, der er hostet på enkeltatomer i halvledere, er en lovende platform for store kvantecomputere, takket være deres langvarige stabilitet. At skabe qubits ved præcist at placere og indkapsle individuelle fosforatomer i en siliciumchip er en unik australsk tilgang, som Simmons 'team har ført globalt.

Men at tilføje alle de forbindelser og porte, der kræves til opskalering af fosforatomarkitekturen, ville være en udfordring - indtil nu.

"For at overvåge selv en qubit, du skal bygge flere forbindelser og porte omkring individuelle atomer, hvor der ikke er meget plads, "siger professor Simmons." Hvad mere er, du har brug for qubits af høj kvalitet i umiddelbar nærhed, så de kan tale med hinanden-hvilket kun kan opnås, hvis du har så lidt gate-infrastruktur omkring dem som muligt. "

Sammenlignet med andre metoder til fremstilling af en kvantecomputer, Simmons system havde allerede en relativt lav porttæthed. Alligevel krævede konventionel måling stadig mindst 4 porte pr. Qubit:1 for at kontrollere den og 3 for at læse den.

Ved at integrere aflæsesensoren i en af ​​kontrolportene har teamet på UNSW været i stand til at tabe dette til kun to porte:1 til kontrol og 1 til læsning.

"Vores system er ikke kun mere kompakt, men ved at integrere et superledende kredsløb, der er knyttet til porten, har vi nu følsomheden til at bestemme kvbitens tilstand ved at måle, om en elektron bevæger sig mellem to tilstødende atomer, "siger hovedforfatter Pakkiam.

"Og vi har vist, at vi kan gøre dette i realtid med kun en måling-enkelt skud-uden behov for at gentage eksperimentet og gennemsnitlige resultaterne."

"Dette repræsenterer et stort fremskridt i, hvordan vi læser information indlejret i vores qubits, "slutter Simmons." Resultatet bekræfter, at single-gate-læsning af qubits nu når den følsomhed, der er nødvendig for at udføre den nødvendige kvantefejlkorrektion for en skalerbar kvantecomputer. "

Australiens første kvantecomputeringsvirksomhed

Siden maj 2017 har Australiens første kvantecomputeringsvirksomhed, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), har arbejdet på at skabe og kommercialisere en kvantecomputer baseret på en række intellektuelle ejendomsrettigheder udviklet ved Australian Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T).

Samlokaliseret med CQC2T på UNSW Campus i Sydney, SQC investerer i en portefølje af parallelle teknologiudviklingsprojekter ledet af verdensførende kvanteforskere, herunder årets australske og vinderprofessor Michelle Simmons. Målet er at producere en 10-qubit demonstrationsenhed i silicium i 2022 som forløberen til en kommerciel skala siliciumbaseret kvantecomputer.

SQC mener, at quantum computing i sidste ende vil have en betydelig indvirkning på tværs af den globale økonomi, med mulige applikationer inden for software design, maskinelæring, planlægning og logistisk planlægning, finansiel analyse, aktiemarkedsmodellering, software og hardware verifikation, klimamodellering, hurtig design og test af lægemidler, og tidlig opdagelse og forebyggelse af sygdomme.

Oprettet via en unik koalition af regeringer, virksomheder og universiteter, SQC konkurrerer med nogle af de største tekniske multinationale virksomheder og udenlandske forskningslaboratorier.

Udover at udvikle sin egen proprietære teknologi og intellektuelle ejendomsret, SQC vil fortsætte med at arbejde med CQC2T og andre deltagere i de australske og internationale kvanteberegningsøkosystemer, at bygge og udvikle en kvantecomputeringsindustri i silicium i Australien og, ultimativt, at bringe sine produkter og tjenester til globale markeder.