Kvantu datori, skaitļošanas sistēmas, kas apstrādā informāciju, izmantojot kvantu mehāniskos efektus, dažos skaitļošanas uzdevumos varētu pārspēt klasiskos datorus. Šie datori paļaujas uz kubitiem, kvantu informācijas pamatvienībām, kas var pastāvēt vairākos stāvokļos (0, 1 vai abos vienlaicīgi), pateicoties kvantu efektiem, kas pazīstami kā superpozīcija un sapīšanās.
Daudzi pēdējos gados izstrādātie kvantu datori ir balstīti uz parastajiem supravadītājiem, materiāliem, kuru elektriskā pretestība ārkārtīgi zemā temperatūrā ir nulle. Lai darbotos droši un parādītu supravadītspēju, ķēdes, kuru pamatā ir šie materiāli, ir jāatdzesē līdz milikelvina temperatūrai.
Kvantu datoros katram kubitam parasti ir nepieciešama sava vadības līnija. Tas nozīmē, ka inženieriem ir jāievieš vairāki vadi, kas pārvadā elektriskos impulsus (ti, signāla līnijas), un nepieciešamo vadu skaits palielinās līdz ar kubitu skaitu. Tā kā kvantu datori kļūst lielāki, tas var būt problemātiski, jo procesorus kļūst grūtāk uzbūvēt un uzticamāk darboties.
Pētnieki uzņēmumā Seeqc Inc., kas izstrādā digitālās kvantu skaitļošanas sistēmas, nesen ieviesa jaunu kvantu procesoru, kas varētu darboties uzticami un milikelvina temperatūrā, neskatoties uz to, ka tam ir nepieciešams ievērojami mazāk vadu. Šis procesors, kas tika ieviests rakstā, kas publicētsDabas elektronika, ir unikāls dizains, kurā kubiti un to vadības elektronika ir integrēti divās atsevišķās, bet savienotās supravadošās mikroshēmās.
"Supravadošu kvantu skaitļošanas platformu izstrāde saskaras ar ievērojamām mērogošanas problēmām, jo katra kubita kontrolei ir nepieciešamas atsevišķas signāla līnijas," savā dokumentā rakstīja Kalebs Džorda, Džeikobs Bernhards un viņu kolēģi. "Šīs elektroinstalācijas augšējās izmaksas ir zemā integrācijas līmeņa rezultāts starp vadības elektroniku istabas temperatūrā un kubitiem, kas darbojas milikelvina temperatūrā. Daudzsološa alternatīva ir izmantot kriogēno supravadošo digitālo vadības elektroniku, kas pastāv līdzās kubitiem."
Elektroinstalācijas izaicinājuma pārvarēšana
Lai pārvarētu elektroinstalācijas problēmas, kas līdz šim ir kavējušas lielāka{0}}mēroga kvantu procesoru izstrādi, šī pētnieku komanda izstrādāja jaunu vairāku{1}}čipu moduli. Šis modulis sastāv no divām atsevišķām mikroshēmām, no kurām viena mitina kubitus un otra vadības elektronika.
Pētnieki īpaši izmantoja vienas -plūsmas kvantu vadības elektroniku, supravadošas digitālās shēmas, kas ģenerē ļoti īsus un precīzus elektriskos impulsus, izmantojot sīkus kvantētus magnētiskus signālus. Mikroshēma, kurā atrodas šīs shēmas, tika savienota ar mikroshēmu, kurā ir supravadošas ķēdes, izmantojot metodi, kas pazīstama kā flip-chip bonding.
Šī pieeja ietver šķembu novietošanu aci pret aci un pēc tam savienošanu, izmantojot mikroskopiskus metāla izciļņus. Viss vairāku -čipu modulis, ko izstrādājuši Jorda, Bernhardt un viņu kolēģi, darbojas kriogēnā sistēmā, kas uztur to milikelvina temperatūrā.
"Mēs piedāvājam aktīvo kvantu procesora bloku, kurā kubiti un vienas -plūsmas kvantu vadības elektronika ir integrēti vienā vairāku-mikroshēmu modulī, izmantojot flip-chip bonding," raksta autori. "Mūsu sistēma izmanto digitālo demultipleksēšanu, lai sadalītu vadības impulsus vairākiem kubitiem, tādējādi pārtraucot vadības līniju lineāro mērogošanu līdz kubitu skaitam. Izmantojot šo pieeju, mēs demonstrējam viena-kubitu precizitāti virs 99% un līdz pat 99,9%.
Jauna pieeja moderniem kvantu procesoriem
Šīs pētnieku grupas izstrādātajam kvantu procesoram ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar daudziem citiem supravadošiem kvantu procesoriem, kas tika ieviesti pagātnē. Sākotnējās pārbaudēs tika konstatēts, ka tas darbojas ļoti labi, saglabājot lielisku kontroli pār kubitiem bez nepieciešamības pēc plašas vadu instalācijas.
Nākotnē jauno dizainu varētu palielināt, lai radītu lielākus kvantu procesorus, kas satur daudz papildu kubitu un tādējādi potenciāli var risināt sarežģītākas skaitļošanas problēmas. Turklāt tas varētu iedvesmot ieviest citus līdzīgus daudz{1}}čipu kvantu moduļus, kas darbojas uzticami un ir vieglāk pilnveidojami.
