Kvanteberegning:Kolde chips kan styre qubits

Forskere og ingeniører fra QuTech i Holland og fra Intel Corp. i fællesskab designet og testet en chip til at styre qubits, der kan fungere ved ekstremt lave temperaturer, og åbner døren for at løse "ledningsflaskehalsen, " et vigtigt skridt mod en skalerbar kvantecomputer. Deres resultater er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Natur .

Hver grundlæggende enhed i en kvantecomputer, en qubit, adresseres typisk individuelt af en enkelt ledning. "Dette står i vejen for en skalerbar kvantecomputer, da millioner af qubits ville kræve millioner af ledninger, forklarer ledende efterforsker Lieven Vandersypen fra QuTech. "Dette kaldes "ledningsflaskehalsen." I traditionelle computere har en moderne processor med milliarder af transistorer kun et par tusinde forbindelser. De kryogene temperaturer, hvor qubits fungerer (20 millikelvin, eller omkring -273 grader Celsius) komplicerer brugen af ​​traditionelle løsninger." Sådan en chip kunne simpelthen ikke udholde de ekstreme temperaturer, så en ny kryogen kontrolchip er blevet designet og testet.

Intel Horse Ridge

Ingeniører hos Intel og QuTech – et samarbejde mellem Delft University of Technology og TNO, den hollandske organisation for anvendt videnskabelig forskning – designet et specielt siliciumbaseret integreret kredsløb, der er i stand til at modstå kulde (3 grader Celsius over det absolutte nulpunkt) og også adressere qubits. Den såkaldte "Horse Ridge"-chip er opkaldt efter det koldeste sted i Oregon, den stat, hvor Intel-laboratoriet er bosat.

"Vi udnyttede den samme teknologi, der blev brugt til den konventionelle mikroprocessor, CMOS-teknologien. Til Horse Ridge, vi brugte specifikt Intel 22nm low-power FinFET-teknologi." sagde co-lead investigator Edoardo Charbon, leder af EPFLs Advanced Quantum Architecture Laboratory. "Da elektroniske enheder fungerer meget forskelligt ved kryogene temperaturer, vi brugte specielle teknikker i chipdesignet både for at sikre den rigtige drift og for at drive qubits med høj nøjagtighed." I sidste ende kan controller-chip og qubits integreres på den samme matrice (da de alle er fremstillet i silicium) eller pakke, dermed yderligere aflastning af ledningsflaskehalsen.

Høj kvalitet og god programmerbarhed

For at vurdere kvaliteten af ​​den kryogene Horse Ridge-kontrolchip blev den sammenlignet med en klassisk rumtemperaturregulator. Det viser sig, at systemets gate-fidelity er meget høj (99,7%) og begrænset ikke af controlleren, men af ​​qubits selv. Det er gode nyheder for ydeevnen af ​​den kryogene kontrolchip.

Næste, controllerens programmerbarhed blev vist ved hjælp af en to-qubit kvantealgoritme. Deutsch-Jozsa-algoritmen er en af ​​de enkleste algoritmer, der er meget mere effektiv på en kvantecomputer end en traditionel computer. Dette demonstrerer evnen til at programmere kontrolchippen med vilkårlige sekvenser af operationer, og åbner vejen til on-chip implementering og en virkelig skalerbar kvantecomputer.