Brytyjscy naukowcy twierdzą, że opracowali najwydajniejszy na świecie układ scalony do obliczeń kwantowych, który do 2027 roku może znaleźć zastosowanie w „użytecznym” komputerze kwantowym.
Nowy układ wykorzystuje zintegrowaną jednostkę sterującą do regulowania stanu kubitów i, w przeciwieństwie do typowych układów scalonych kwantowych, może być produkowany masowo przy użyciu konwencjonalnych procesów produkcji półprzewodników.
Kluczem do tej technologii jest sposób, w jaki obsługuje ona bity kwantowe, czyli kubity, podstawowe jednostki informacji w komputery kwantowe.
Jednym ze sposobów kontrolowania kubitów w komputerach kwantowych jest technologia uwięzionych jonówPolega ona na izolowaniu pojedynczych naładowanych atomów (jonów) w polu elektromagnetycznym — znanym jako pułapka jonowa — i używając lasery aby precyzyjnie kontrolować ich stan kwantowy. Dzięki temu jony mogą być manipulowane i używane jako kubity do przechowywania i przetwarzania informacji kwantowych.
Chociaż technologia uwięzionych jonów jest skuteczna w utrzymywaniu kubitów w stabilności, nie jest ona skalowalna ani praktyczna ze względu na koszty i złożoność technologii laserowej.
Jednak nowy chip opracowany przez Oxford Ionics całkowicie unika laserów, wykorzystując opatentowany system „Electronic Qubit Control” do regulacji stanu uwięzionych jonów. Ponieważ wszystko, co jest potrzebne do kontrolowania kubitów, jest zintegrowane z krzemem, nowy chip jest bardziej niezawodny i łatwiejszy do produkcji na skalę, powiedzieli naukowcy w oświadczenie.
W testach nowy chip zapewnił dwukrotnie większą wydajność niż dotychczasowi rekordziści, wykorzystując 10 razy mniej kubitów, twierdzą badacze. Wyniki opublikowano 10 lipca na serwerze pre-print arXiv.
„Podczas budowy komputera kwantowego wydajność jest równie ważna jak rozmiar — zwiększanie liczby kubitów nie ma znaczenia, jeśli nie dają one dokładnych wyników” — powiedział współautor badania Tom Hartywspółzałożyciel i dyrektor techniczny w Oxford Ionics, powiedział w oświadczeniu.
„Udowodniliśmy, że nasze podejście zapewniło najwyższy poziom wydajności w obliczeniach kwantowych do tej pory i jest teraz na poziomie wymaganym do rozpoczęcia odblokowywania komercyjnego wpływu obliczeń kwantowych. To niezwykle ekscytujący moment dla naszego zespołu i dla pozytywnego wpływu, jaki obliczenia kwantowe będą miały na całe społeczeństwo”.
„Podejście rakietowe”
W ramach badania firma Oxford Ionics mikrofabrykat pułapkę jonową o średnicy zaledwie kilku mikrometrów, która stała się podstawą jej układu kwantowego.
Naukowcy zmierzyli wydajność układu scalonego, sprawdzając, jak dokładnie może on wykonywać operacje znane jako wierność bramki — miara tego, jak blisko bramka kwantowa (elementy składowe układu) obwody kwantowe(podobna do bramki logicznej w komputerach klasycznych) odpowiada swojemu idealnemu teoretycznemu działaniu.
Naukowcy stwierdzili, że ich układ osiągnął dokładność bramki pojedynczego kubitu na poziomie 99,9992% i dokładność bramki dwóch kubitów na poziomie 99,97% — najwyższą odnotowaną dotychczas przez jakikolwiek układ kwantowy, jak twierdzą — bez potrzeba korekty błędów.
„Od samego początku przyjęliśmy podejście „rakietowe” – skupiając się na tworzeniu solidnej technologii poprzez rozwiązywanie najpierw naprawdę trudnych wyzwań” – powiedział współautor badania Chris Ballancewspółzałożyciel i dyrektor generalny Oxford Ionics, powiedział w oświadczeniu. „Oznaczało to wykorzystanie nowatorskiej fizyki i inteligentnej inżynierii do opracowania skalowalnych, wysokowydajnych chipów kubitowych, które nie wymagają korekcji błędów, aby dotrzeć do użytecznych aplikacji i mogą być kontrolowane na klasycznym chipie półprzewodnikowym… Teraz możemy skupić się na komercjalizacji naszej technologii i dostarczaniu użytecznych obliczeń kwantowych na dużą skalę”.
Firma Oxford Ionics przekaże architekturę układu scalonego do brytyjskiego Narodowego Centrum Komputerów Kwantowych (NQCC) w ramach programu Quantum Computing Testbed.
W oświadczeniu Michael Cuthbert, dyrektor NQCC, powiedział: „Jesteśmy naprawdę podekscytowani, widząc, jak to zostanie wdrożone i jak będziemy mogli wykorzystać te ultrawydajne kubity do opracowywania algorytmów i nowych aplikacji”.
