Vigtig milepæl i oprettelsen af ​​en kvantecomputer

Kvantecomputer:En af forhindringerne for fremskridt i søgen efter en fungerende kvantecomputer har været, at de arbejdsenheder, der går ind i en kvantecomputer og udfører de faktiske beregninger, qubits, er hidtil blevet foretaget af universiteter og i mindre antal. Men i de senere år har et fælleseuropæisk samarbejde, i partnerskab med den franske mikroelektronikleder CEA-Leti, har undersøgt hverdagstransistorer - der findes i milliarder i alle vores mobiltelefoner - til brug som qubits. Det franske firma Leti laver kæmpe skiver fulde af enheder, og, efter måling, forskere ved Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, har fundet disse industrielt producerede enheder egnede som en qubit -platform, der er i stand til at bevæge sig til den anden dimension, et vigtigt skridt for en fungerende kvantecomputer. Resultatet er nu offentliggjort i Naturkommunikation .

Quantum dots i todimensionel array er et spring foran

En af enhedens nøglefunktioner er det todimensionale array af kvantepunkter. Eller mere præcist, et to og to gitter af kvantepunkter. "Det, vi har vist, er, at vi kan realisere enkelt elektronkontrol i hver eneste af disse kvantepunkter. Dette er meget vigtigt for udviklingen af ​​en qubit, fordi en af ​​de mulige måder at lave qubits er at bruge spinet af en enkelt elektron. Så at nå dette mål om at kontrollere de enkelte elektroner og gøre det i et 2-D-array med kvantepunkter var meget vigtigt for os ", siger Fabio Ansaloni, tidligere ph.d. studerende, nu postdoc i centrum for Quantum Devices, NBI.

Brug af elektronspins har vist sig at være fordelagtigt til implementering af qubits. Faktisk, deres "rolige" natur får spins til at interagere svagt med det støjende miljø, et vigtigt krav for at opnå højtydende qubits.

Udvidelse af kvantecomputere til anden dimension har vist sig at være afgørende for en mere effektiv implementering af kvantefejlkorrektionsrutiner. Kvantefejlkorrektion vil gøre det muligt for fremtidige kvantecomputere at være fejltolerante over for individuelle qubitfejl under beregningerne.

Betydningen af ​​industriens skala produktion

Adjunkt ved Center for Quantum Devices, NBI, Anasua Chatterjee tilføjer:"Den oprindelige idé var at lave en række spin qubits, komme ned til enkelte elektroner og blive i stand til at kontrollere dem og flytte dem rundt. I den forstand er det virkelig fantastisk, at Leti var i stand til at levere de prøver, vi har brugt, hvilket igen gjorde det muligt for os at opnå dette resultat. Meget kredit går til det paneuropæiske projektkonsortium, og generøs finansiering fra EU, hjælper os med langsomt at bevæge os fra niveauet af en enkelt kvantepunkt med en enkelt elektron til at have to elektroner, og går nu videre til de todimensionale arrays. To -dimensionelle arrays er et virkelig stort mål, fordi det begynder at ligne noget, du absolut har brug for for at bygge en kvantecomputer. Så Leti har været involveret i en række projekter gennem årene, som alle har bidraget til dette resultat. "

Æren for at nå så langt tilhører mange projekter i hele Europa

Udviklingen har været gradvis. I 2015, det lykkedes forskere i Grenoble at lave det første spin qubit, men dette var baseret på huller, ikke elektroner. Dengang, ydelsen af ​​de enheder, der blev fremstillet i "hulregimet", var ikke optimal, og teknologien er avanceret, så enhederne nu hos NBI kan have todimensionale arrays i det enkelte elektronregime. Fremskridtet er tredelt, forskerne forklarer:"Først, at producere enhederne i et industrielt støberi er en nødvendighed. Skalerbarheden af ​​en moderne, industriel proces er afgørende, når vi begynder at lave større arrays, for eksempel til små kvantesimulatorer. Sekund, når man laver en kvantecomputer, du har brug for en matrix i to dimensioner, og du har brug for en måde at forbinde den ydre verden til hver qubit. Hvis du har 4-5 forbindelser for hver qubit, du ender hurtigt med et urealistisk antal ledninger, der går ud af lavtemperaturopsætningen. Men hvad vi har formået at vise er, at vi kan have en port pr. Elektron, og du kan læse og styre med den samme port. Og endelig, ved hjælp af disse værktøjer var vi i stand til at flytte og bytte enkeltelektroner på en kontrolleret måde rundt om arrayet, en udfordring i sig selv. "

To -dimensionelle arrays kan kontrollere fejl

Kontrolfejl, der opstår i enhederne, er et kapitel for sig. De computere, vi bruger i dag, producerer masser af fejl, men de korrigeres gennem det, der kaldes gentagelseskoden. I en konventionel computer, du kan have oplysninger i enten en 0 eller en 1. For at være sikker på, at resultatet af en beregning er korrekt, computeren gentager beregningen, og hvis en transistor laver en fejl, det rettes ved simpelt flertal. Hvis størstedelen af ​​beregningerne udført i andre transistorer peger på 1 og ikke 0, derefter vælges 1 som resultat. Dette er ikke muligt i en kvantecomputer, da du ikke kan lave en nøjagtig kopi af en qubit, så korrektion af kvantefejl fungerer på en anden måde:State-of-the-art fysiske qubits har ikke lav fejlprocent endnu, men hvis nok af dem kombineres i 2-D-arrayet, de kan holde hinanden i skak, så at sige. Dette er en anden fordel ved det nu realiserede 2-D-array.

Det næste skridt fra denne milepæl

Resultatet realiseret ved Niels Bohr -instituttet viser, at det nu er muligt at styre enkeltelektroner, og udføre eksperimentet i fravær af et magnetfelt. Så det næste trin vil være at lede efter spins - spinsignaturer - i nærvær af et magnetfelt. Dette vil være afgørende for at implementere enkelt- og to qubit -porte mellem de enkelte qubits i arrayet. Teori har vist, at en håndfuld enkelt og to qubit porte, kaldes et komplet sæt kvanteporte, er nok til at muliggøre universel kvanteberegning.