Quantum Computers: Nový Silicon Chip nás dostane bližšie, hovorí jeho tvorca

Andrew Dzurak rád rozmýšľa, čo sa týka veľkého obrazu, aj keď nie všetky sa doteraz dostali do centra pozornosti.

Dzurak je profesorom inžinierstva na Univerzite Nového Južného Walesu v Sydney a riaditeľom Austrálskeho národného výrobného zariadenia. Jeho cieľom je vytvoriť prvý praktický kvantový počítač. A verí, že novo odhalený dizajn jeho tímu pre kvantový počítačový čip môže predstavovať kľúčový prvý krok k tomuto cieľu - a to všetko stavia na architektúre silikónových čipov, ktorá poháňa dnešné počítače.

„Poskytuje„ víziu “alebo„ cestu “k vybudovaniu veľkokapacitného kvantového procesora s miliónmi qubitov, ktoré budú potrebné na vyriešenie celého radu dôležitých problémov,“ hovorí. obrátený.

Kvantové počítanie je pokrok, ktorý by bol pravdepodobne definovanie technologického úspechu 21. storočia - za predpokladu, že ho môžeme v nasledujúcich 83 rokoch vytiahnuť. To nie je isté, vzhľadom na to, že plne funkčný kvantový počítač bude potrebovať milióny kvantových bitov alebo qubitov na každom čipe. Tie, ktoré sú vo vývoji na miestach, ako je Google top na asi 50 qubits, bez záruky, že návrhy môžu mierka hore.

Ale ako Dzurak a jeho kolegovia vysvetľujú v novinách publikovaných v piatok Komunikácia s prírodou, veria, že ich dizajn môže byť vybudovaný tak, aby zahŕňal potrebnú zverenku qubits, z ktorých každá využíva kvantovú podivnosť, aby prekročila obmedzenia binárnych a rýchlo vyriešila problémy, ktoré by si vyžadovali tradičné počítače milióny rokov.

"Toto je veľmi zjednodušujúca analógia, ale myslím, že by ste mohli povedať, že je to trochu ako keď tím s mesačnými zábermi mal kompletný dizajn pre celú misiu, vrátane raketových motorov, načasovania etáp, pristávacieho modulu, vesmírnych oblekov, atď., “hovorí. „Aby ste mohli realizovať veľký projekt, musíte mať víziu o tom, ako všetko do seba zapadá, a to je to, čo sme s týmto dokumentom chceli urobiť.“

Tím Dzuraka sa zameriava na silikónové kvantové čipy, jeden z piatich hlavných kandidátov na kvantovú počítačovú architektúru. Jeho prvoradou výhodou je, že je to rozšírenie technológie využívajúcej silikónové čipy, ktorá sa už používa, ktorá ponúka hrubý návod, ako urobiť qubity dostatočne malé, aby sa zmestili milióny na jeden čip.

"Myslím, že je spravodlivé povedať, že by som nemal venovať väčšinu svojej životnej práce silikónovým qubitom, ak by som si nemyslel, že sú tou správnou cestou," hovorí, hoci uznáva schopnosť miniaturizácie týchto qubitov môže ďalšie otázky. „Toto je vlastne dôležitá výhoda oproti iným qubitom, pretože to znamená, že do jediného čipu môžete zabaliť viac qubitov, ale tiež to vytvára určité problémy pri získavaní takého množstva riadiacich riadkov do malého objemu. Čiastočne je to jedna z kľúčových výziev, ktorými sa náš dokument zameriava. “

Skutočnosť, že tieto čipy zdieľajú toľko funkcií s dnešnými čipmi, tiež znamená, že môžu byť postavené pomocou materiálov, ktoré sú už dostupné a používané. Príspevok ďalej opisuje, ako tento návrh rieši viac technických problémov, ako sú opravy chýb vo výpočtoch qubitu a budovanie obvodov potrebných na ovládanie a čítanie všetkých tých miliónov kvantových komponentov.

Takže koľko bližšie to nás vedie k skutočnému, praktickému kvantovému počítaču?

„Chceme začať používať procesy výroby silikónových čipov, aby sme vytvorili malý (povedzme 10-qubitový) systém ako prvý - to je cieľ číslo jedna - ktorý dúfame dosiahnuť za 3 až 5 rokov,“ hovorí Dzurak. „Potom chceme vybudovať vyššiu úroveň integrácie s cieľom povedať 100 qubitov za približne 6-10 rokov. Na približne 100 qubitov by sme mali prototyp, ktorý by sa mohol v priebehu času ďalej rozširovať, ale ktorý by sa mohol aplikovať na niektoré zaujímavé problémy. “

Dzurak hovorí, že tieto časové rámce do veľkej miery závisia od toho, koľko investícií dostane jeho skupina. Uvedomenie si vízie tímu skutočného kvantového počítača si vyžiada značné prostriedky. Ale aspoň táto vízia nebola nikdy jasnejšia.

„Keď som začal pracovať na tomto projekte, chcel som mať vizualizáciu toho, ako by mohol vyzerať úplný kvantový počítačový čip,“ hovorí. „Bolo to veľmi dôležité, pretože zdôrazňovalo výhody používania kremíka, ako aj výzvy spojené s tvorbou celého kvantového procesora. Zostávajú veľmi reálne technické výzvy, ktoré sa chystajú prijať mozgovú silu a odhodlanie riešiť, ale teraz máme skutočný cieľ zamerať sa. “