Kvantarvutid, arvutussüsteemid, mis töötlevad teavet kvantmehaaniliste efektide abil, võivad mõnede arvutusülesannete osas ületada klassikalisi arvuteid. Need arvutid tuginevad kubitidele, kvantteabe põhiühikutele, mis võivad eksisteerida mitmes olekus (0, 1 või mõlemad korraga), tänu kvantefektidele, mida nimetatakse superpositsiooniks ja takerdumiseks.
Paljud viimastel aastatel välja töötatud kvantarvutid põhinevad tavapärastel ülijuhtidel, materjalidel, mille elektritakistus väga madalatel temperatuuridel on null. Usaldusväärseks töötamiseks ja ülijuhtivuse saavutamiseks tuleb neil materjalidel põhinevad ahelad jahutada millikelvini temperatuurini.
Kvantarvutites vajab iga kubit tavaliselt oma juhtliini. See tähendab, et insenerid peavad juurutama mitmeid elektriimpulsse kandvaid juhtmeid (st signaaliliine) ning vajalike juhtmete arv suureneb koos kubitide arvuga. Kuna kvantarvutid kasvavad suuremaks, võib see olla problemaatiline, kuna protsessoreid on raskem ehitada ja töökindlalt töötada.
Digitaalseid kvantarvutussüsteeme arendava ettevõtte Seeqc Inc. teadlased tutvustasid hiljuti uut kvantprotsessorit, mis võib töötada usaldusväärselt ja millikelvini temperatuuridel, vaatamata sellele, et juhtmeid on vaja oluliselt vähem. See protsessor, mida tutvustati aastal avaldatud dokumendisLooduselektroonika, on ainulaadse disainiga, milles kubitid ja nende juhtelektroonika on integreeritud kahele eraldi, kuid ühendatud ülijuhtivale kiibile.
"Ülijuhtivate kvantarvutusplatvormide arendamine seisab silmitsi märkimisväärsete mastaapimisprobleemidega, kuna iga kubiidi juhtimiseks on vaja individuaalseid signaaliliine," kirjutasid Caleb Jorda, Jacob Bernhardt ja nende kolleegid oma artiklis. "See juhtmestiku üldkulu on tingitud madalast integratsioonitasemest toatemperatuuril juhtimiselektroonika ja millikelvini temperatuuridel töötavate kubitite vahel. Paljutõotav alternatiiv on kasutada krüogeenset ülijuhtivat digitaalset juhtimiselektroonikat, mis eksisteerib koos kubitidega."
Juhtmete ühendamise väljakutse ületamine
Et ületada juhtmestiku probleeme, mis on seni takistanud suuremahuliste{0}}kvantprotsessorite arendamist, töötas see uurimisrühm välja uue mitme -kiibi mooduli. See moodul koosneb kahest eraldi kiibist, millest üks majutab kubitte ja teine juhtelektroonikat.
Teadlased kasutasid spetsiaalselt ühe-voo kvantjuhtimiselektroonikat, ülijuhtivaid digitaalseid ahelaid, mis genereerivad väga lühikesi ja täpseid elektriimpulsse väikeste kvantiseeritud magnetsignaalide kaudu. Neid vooluahelaid majutav kiip ühendati ülijuhtivaid ahelaid sisaldava kiibiga, kasutades meetodit, mida nimetatakse flip-kiibi ühendamiseks.
See lähenemisviis hõlmab laastude asetamist näost{0}}näkku-näkku ja seejärel ühendamist mikroskoopiliste metallmuhkude kaudu. Kogu Jorda, Bernhardti ja nende kolleegide välja töötatud mitme -kiibi moodul töötab krüogeense seadistuse sees, mis hoiab seda millikelvini temperatuuridel.
"Esitleme aktiivset kvantprotsessoriüksust, milles kubitid ja üksik{0}}vookvantjuhtimiselektroonika on integreeritud ühte mitme-kiibi moodulisse flip-kiibi ühendamise kaudu," kirjutasid autorid. "Meie süsteem kasutab digitaalset demultipleksimist juhtimpulsside jaotamiseks mitmele kubitile, katkestades nii juhtjoonte lineaarse skaleerimise kubitide arvuni. Selle lähenemisviisiga demonstreerime ühe-kubiti täpsust üle 99% ja kuni 99,9%."
Uus lähenemine tipptasemel kvantprotsessoritele
Selle uurimisrühma kavandatud kvantprotsessoril on märkimisväärsed eelised paljude teiste minevikus kasutusele võetud ülijuhtivate kvantprotsessorite ees. Esialgsete katsete käigus leiti, et see toimib märkimisväärselt hästi, säilitades suurepärase kontrolli kubittide üle, ilma et oleks vaja ulatuslikku juhtmestikku.
Tulevikus võiks uut disaini laiendada, et luua suuremaid kvantprotsessoreid, mis sisaldavad palju täiendavaid kubitte ja suudavad seega potentsiaalselt lahendada keerukamaid arvutusprobleeme. Lisaks võib see innustada võtma kasutusele muid sarnaseid mitme{1}}kiibiga kvantmooduleid, mis töötavad usaldusväärselt ja mida on lihtsam täiustada.
