Åbner vejen til skalering af siliciumkvantecomputere

Forskningssamarbejde mellem UNSW og University of Sydney har overvundet en grundlæggende hindring for at bygge kvantecomputere i silicium, åbner vejen for at videreudvikle maskinerne i stor skala.

De to grupper, ledet af professor David Reilly ved University of Sydney og professor Andrew Dzurak ved UNSW, har påvist, at staten, eller værdi, af en kvantebit (qubit) i silicium kan udlæses på en måde, der fjerner behovet for at have udlæsningssensorer ved siden af ​​qubits.

Resultatet offentliggøres i dag i Natur nanoteknologi .

Professor Dzurak sagde:"Dette papir har kombineret brugen af ​​en single-gate elektrodeteknik til at udlæse information - en metode udviklet af David Reillys gruppe i 2013 - med kravet om enkelt-shot udlæsning af qubits, der kan fremstilles ved hjælp af eksisterende siliciumchip teknologi – en kapacitet, vi udviklede i 2014. Denne blanding er meget vigtig for skalerbarheden."

Qubits er byggestenene til kvantecomputere. Milliarder af dem skal bygges i komplekse arrays, før disse futuristiske maskiner kan anvendes til at løse vigtige udfordringer, som menneskeheden står over for, herunder design af nye lægemidler eller hjælpe med udviklingen af ​​maskinlæring. Dette giver komplekse designproblemer.

Ved at fjerne behovet for parallelle udlæsningssensorer, det fælles resultat giver mulighed for en computerarkitektur, der er meget enklere, hvilket betyder, at der kan bygges mange flere qubits ved siden af ​​hinanden.

Professor Dzurak sagde, at demonstration af enkeltskudsaflæsningen af ​​en qubit i silicium er et resultat, hvis tid var kommet.

"Fire forskerhold over hele verden har udviklet meget ens udlæsningsteknikker i silicium stort set på samme tid, alt baseret på Davids single-gate teknik, " sagde professor Dzurak. "To af dem i Australien, en i Frankrig og en i Holland."

"Dette er et fantastisk resultat, der viser, at videnskabeligt samarbejde er nøglen til at opnå en fejltolerant, universel kvantecomputer, " sagde professor Reilly, som har en fælles stilling ved University of Sydney og er direktør for Microsoft Quantum Laboratory.

"Sådan en maskine vil ikke blive bygget i et enkelt laboratorium eller et enkelt institut. Det vil kræve samarbejde på globalt plan, arbejder med nogle af de største teknologivirksomheder i verden."

Professor Reilly, også en Chief Investigator ved ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems, sagde:"Vores resultat er et reelt bevis på, at den kritiske masse af mennesker i Sydney skaber noget, der er større end summen af ​​dets dele. Det er ikke kun parallel aktivitet på forskellige institutioner."

Professor Dzurak, der ledede projektet på UNSW, er direktør for Australian National Fabrication Facility (ANFF) ved UNSW og en Chief Investigator i ARC Center of Excellence for Quantum Computation &Communication Technology. Han sagde, at Sydney har et af verdens stærkeste kvanteforskningsøkosystemer.

"Jeg kan ikke komme i tanke om en anden by i verden med så mange mennesker, der laver kvantecomputere, " sagde han. "Vi har hold på UNSW, Sydney, Macquarie og UTS arbejder på tværs af spektret:på hardware, kvantekontrol, kvantemåling helt frem til kvantesoftware. Det hele er her i Sydney."

Professor Reilly sagde, at denne forskning udføres sideløbende med kommercialiseringen af ​​teknologien.

"Jeg har en stilling hos Microsoft, og Andrew leder et projekt med Silicon Quantum Computing. Ved at arbejde sammen, vi viser stærkt akademisk samarbejde sideløbende med en spirende kvanteøkonomi, " han sagde.

Professor Dzurak sagde:"En af de store ting ved dette resultat er, at det er blevet sammensat af folk, der kommer til Sydney fra hele verden, tiltrukket af det stærke kvantevidenskabelige økosystem, vi har bygget her."

Papirets hovedforfatter og UNSW Ph.D. studerende, Anderson West, sagde:"Jeg var tiltrukket af at arbejde med professor Dzurak og hans team fra USA, da jeg var virkelig imponeret over, hvad de lavede med silicium qubits."

Den korresponderende forfatter Dr. Bas Hensen kom til UNSW fra Holland, hvor han allerede havde skabt sig et navn ved eksperimentelt at demonstrere et grundlæggende princip for kvantemekanik ved hjælp af sammenfiltrede qubits i diamant. Han sagde:"Jeg var ivrig efter at blive involveret i qubits i silicium, og UNSW var helt klart stedet at være for det."

Dr. Alexis Jouan fra University of Sydney, der har bidraget til forskningen, er oprindeligt fra Frankrig, hvor han studerede to-dimensionelle superledere ved høj frekvens. Han sagde:"Jeg er meget glad for at være i Reilly-gruppen i Sydney, som er et af de bedste steder at fortsætte med at udforske kvanteverdenen."