Новый метод управления спином приближает квантовые чипы на миллиард кубитов | Отдел новостей UNSW

[et_pb_section fb_built=”1″ admin_label=”section” _builder_version=”4.16″ global_colors_info=”{}”][et_pb_row admin_label=”row” _builder_version=”4.16″ background_size=”начальный” background_position=”top_left” background_repeat=”repeat ” global_colors_info=”{}”][et_pb_column type=”4_4″ _builder_version=”4.16″ custom_padding=”|||” global_colors_info=”{}” custom_padding__hover=”|||”][et_pb_text admin_label=”Text” _builder_version=”4.16″ background_size=”начальный” background_position=”top_left” background_repeat=”repeat” global_colors_info=”{}”]

Открытие ранее неизвестного эффекта делает возможным компактное и сверхбыстрое управление спиновыми кубитами.

Иллюстрация, показывающая, как можно управлять несколькими кубитами с помощью нового процесса «внутренней спин-орбитальной EDSR». Изображение: Тони Мелов.

UNSW Сидней инженеры открыли новый способ точного управления отдельными электронами, расположенными в квантовых точках, управляющих логическими вентилями. Новый механизм также менее громоздкий и требует меньшего количества деталей, что может оказаться необходимым для создания крупномасштабных кремниевых квантовых компьютеров.

Случайное открытие, сделанное инженерами стартапа квантовых вычислений Дирак и UNSW, подробно описано в журнале Природа Нанотехнологии.

«Это был совершенно новый эффект, которого мы никогда раньше не видели и который поначалу не совсем понимали», — сказал ведущий автор доктор Уилл Гилберт, инженер по квантовым процессорам в Diraq, дочерней компании UNSW, базирующейся в кампусе Кенсингтон. . «Но быстро стало ясно, что это новый мощный способ управления спинами в квантовой точке. И это было очень захватывающе».

Логические элементы являются основным строительным блоком всех вычислений. Они позволяют «битам» — или двоичным цифрам (0 и 1) — работать вместе для обработки информации. Однако квантовый бит (или кубит) существует одновременно в обоих этих состояниях — состояние, известное как «суперпозиция». Это позволяет использовать множество вычислительных стратегий — некоторые экспоненциально быстрее, некоторые работают одновременно — которые выходят за рамки классических компьютеров. Сами кубиты состоят из «квантовых точек» — крошечных наноустройств, способных улавливать один или несколько электронов. Для выполнения вычислений необходим точный контроль над электронами.

Использование электрических, а не магнитных полей

Экспериментируя с различными геометрическими комбинациями устройств размером всего в миллиардные доли метра, которые управляют квантовыми точками, а также с различными типами крошечных магнитов и антенн, управляющих их работой, Д-р Туомо Тантту от УНЮУ Инжиниринг наткнулся на странный эффект.

«Я пытался очень точно управлять двухкубитным вентилем, перебирая множество различных устройств, немного отличающихся геометрией, разных стеков материалов и разных методов управления», — сказал доктор Танту, который также является инженером по измерениям в Diraq. «Потом появился этот странный пик. Похоже, скорость вращения одного из кубитов увеличилась, чего я никогда не видел за четыре года проведения этих экспериментов».

Прочитайте больше: Долгое время: инженеры по квантовым вычислениям устанавливают новый стандарт производительности кремниевых чипов

Как позже поняли инженеры, он обнаружил новый способ манипулирования квантовым состоянием одного кубита с помощью электрических полей, а не магнитных полей, которые они использовали ранее. С тех пор как открытие было сделано в 2020 году, инженеры совершенствовали технику, которая стала еще одним инструментом в их арсенале для реализации амбиций Дирака по созданию миллиардов кубитов на одном чипе.

«Это новый способ манипулирования кубитами, и его создание менее громоздко — вам не нужно изготавливать кобальтовые микромагниты или антенну рядом с кубитами, чтобы создать эффект управления», — сказал доктор Гилберт. «Это устраняет необходимость размещения дополнительных конструкций вокруг каждых ворот. Так меньше беспорядка».

Управление отдельными электронами, не мешая другим близлежащим электронам, имеет важное значение для обработки квантовой информации в кремнии. Существует два установленных метода: электронный спиновой резонанс (ЭПР) с использованием встроенной микроволновой антенны и электрический дипольный спиновый резонанс (ЭДРД), основанный на индуцированном градиентном магнитном поле. Недавно открытый метод известен как «внутренний спин-орбитальный EDSR».

«Обычно мы разрабатываем наши микроволновые антенны для создания чисто магнитных полей», — сказал доктор Тантту. «Но эта конкретная конструкция антенны генерировала больше электрического поля, чем мы хотели, но это оказалось удачей, потому что мы обнаружили новый эффект, который мы можем использовать для манипулирования кубитами. Это для тебя интуиция.

Основываясь на том, чтобы сделать квантовые вычисления в кремнии реальностью

«Это жемчужина нового механизма, который просто добавляет к сокровищнице запатентованных технологий, которые мы разработали за последние 20 лет исследований», — сказал он. Профессор Эндрю Джурак, научный профессор квантовой инженерии Университета Нового Южного Уэльса, генеральный директор и основатель Diraq. Профессор Джурак возглавил команду, построившую первый квантовый логический вентиль в кремнии в 2015 году.

«Он основан на нашей работе, направленной на то, чтобы сделать реальностью квантовые вычисления в кремнии, основанные, по сути, на той же технологии полупроводниковых компонентов, что и существующие компьютерные чипы, а не на экзотических материалах.

Исследовательская группа: профессор Эндрю Джурак, доктор Уилл Гилберт и доктор Туомо Тантту. Фото: Грант Тернер.

«Поскольку он основан на той же КМОП-технологии, что и современная компьютерная индустрия, наш подход упростит и ускорит масштабирование для коммерческого производства и достигнет нашей цели по производству миллиардов кубитов на одном кристалле».

КМОП (или комплементарный металл-оксид-полупроводник, произносится как «морской мох») — это производственный процесс, лежащий в основе современных компьютеров. Он используется для изготовления всех видов компонентов интегральных схем, включая микропроцессоры, микроконтроллеры, микросхемы памяти и другие цифровые логические схемы, а также аналоговые схемы, такие как датчики изображения и преобразователи данных.

Создание квантового компьютера было названо «космической гонкой 21-го века» — трудной и амбициозной задачей, которая может предоставить революционные инструменты для решения невозможных в противном случае вычислений, таких как разработка сложных лекарств и передовых материалов или быстрый поиск. массивных, несортированных баз данных.

«Мы часто думаем о высадке на Луну как о величайшем технологическом чуде человечества, — сказал профессор Джурак. «Но правда в том, что сегодняшние чипы CMOS — с миллиардами операционных устройств, объединенных вместе, чтобы работать как симфония, и которые вы носите в кармане — это поразительное техническое достижение, которое произвело революцию в современной жизни. Квантовые вычисления будут не менее удивительными».

Источник: Новый метод управления спином приближает квантовые чипы на миллиард кубитов | Отдел новостей UNSW

[/ Et_pb_text] [/ et_pb_column] [/ et_pb_row] [/ et_pb_section]