Weltweit erste Silizium-Quantum-Logik-Gate bringt Quantencomputer einen Schritt näher


Quanten-computing ist ein teuflisch komplexe streben und eines der größten Probleme ist, dass es exotische Materialien um seine ebenso exotischen Schaltkreise zu erstellen erfordert. Nun hat ein Team von Forschern gelungen, die weltweit erste Quanten-Logik-Gate in treuen alten Silizium zu erstellen.

Ingenieure von der University of New South Wales haben entwickelt ein Gerät, zwei Quantenbits ermöglicht – bekannt als Qubits —, miteinander zu kommunizieren. Diese Fähigkeit, erreicht in Silizium, könnte einem praktische Quantencomputer zu verwirklichen.

In welches Gerät Sie verwenden, um diese zu lesen, werden als binäre Bits Daten gespeichert, die einen Zustand 0 oder 1 annehmen. In einem Quantencomputer kann Qubits einen Zustand von 0, 1 oder beide Staaten auf einmal annehmen. Das Qubit Möglichkeit, beide auf einmal in der Theorie werden einen Quantencomputer zu viele Berechnungen parallel, so dass es unglaublich schnell.

Das Problem ist, dass ein brauchbare Quantencomputer in der Lage sein, nicht nur innerhalb einer einzigen Qubit sondern zwischen zwei Operationen muss. Solche Dual-Bit-Prozesse zu schaffen, was als Logikgatter bekannt sind einsetzbar: einfache rechnerische Einheiten, zwei Eingabewerte und bieten eine neue Ausgabe basiert auf einer einfachen Regel. In der Vergangenheit haben solche Systeme mit Qubits erreicht – aber nur mit Schaltung aus exotischen Materialien hergestellt.

Es ist unmöglich das gleiche Kunststück auf Silizium erwiesen. "Die Logik-Qubit-Zustand auf der Spin eines einzelnen Elektrons codiert ist", erklärt Andrew Dzurak, der die Studie leitete. "Ein zentrales Thema ist, dass um Logik zwischen zwei Elektronen Spin Qubits durchzuführen, die Elektronen, ganz nah an einander, in der Regel innerhalb von 20-40 Nanometer und diese Kopplung müssen muss sehr kontrollierbar sein. Dies hat wegen der kleinen Skalen sehr schwierig erwiesen."

Alter Hund, neue tricks

Nun hat sein Team Konzepte aus vorhandenen Transistoren machen es möglich, dass zwei Silizium-basierten Qubits zuverlässig miteinander kommunizieren entlehnt. Um dies zu erreichen, haben sie im wesentlichen Transistoren genommen, die nicht unähnlich, die in Ihrem Computer oder Smartphone verwendet und sie neu konfiguriert, so dass jeweils nur ein Elektron zugeordnet hat. Da der Staat ein Quantenbit durch den Spin auf ein einzelnes Elektron definiert werden kann, verwandelt, die im wesentlichen jeder Transistor ein Qubit. In einer Publikation in der Naturzeigt das Team, dass sie Metall-Elektroden auf die Transistoren verwenden können, um die Qubits zu kontrollieren und sie miteinander interagieren.

"Ein wichtiger Durchbruch fand, dass wir jedes Qubit unabhängig voneinander ansprechen könnte, nur durch die Kontrolle der Spannung auf eine metallische Gate-Elektrode darüber,", erklärt Dzurak. "Das vereinfacht wirklich Betrieb beide eins und zwei-Qubit-Logik."

Künstler Eindruck eines Full-Scale Silizium Quantum Computer-Prozessor, mit Tausenden von einzelnen Qubits.

Die Tatsache, dass das Team ist es gelungen, diese Art von Quanten-Schaltung auf Silizium zu erstellen ist ein bedeutender Fortschritt – vor allem, weil die Welt der Computer bereits in Silizium eingerichtet ist. Das Team schätzt, dass da ihren Ansatz im wesentlichen Repurposes vorhandene Technologie, erstellen Sie eine Full-Scale Quantum möglich sollte chip weit früher mit diesem Ansatz als alle anderen vorhandenen Technologie verwalten könnte.

Das ist um nicht zu sagen, dass es trivial ist, obwohl sein werde. "Es gibt noch eine Menge Technik getan werden, um die Verkabelung Layouts erforderlich, um das Lesen und Schreibvorgänge auf Tausende oder Millionen von CMOS Qubits zu erreichen", erklärt Dzurak. "Während wir eine riesige Menge von CMOS-Chip-Design ausleihen können, haben wir Aspekten, in enger Zusammenarbeit mit Herstellern und Designern CMOS Chip Re-Ingenieur." Egal, er rechnet damit, dass "ein Chip mit Dutzende bis Hunderte von CMOS Qubits in den nächsten 5 Jahren gemacht werden könnte" gibt es genügend Investitionen im Ort.

In der Tat erfordert nehmen die Technik von Science-Lab, um eine funktionierende, groß angelegte Chip einige beträchtliche Engineering. Das ist, warum sein Labor will eng mit Chiphersteller und Designer, funktionierende Prototypen mit Zehntausenden arbeiten Qubits zu bauen. "Die Lehren aus diesem Stadium... würde genau bestimmen wie viel länger wäre es, einen Chip, der Probleme haben würden, die vorhandenen Computer., übertreffen zu produzieren", sagt Dzurak.

[Natur]

Bilder von Tony Melov/UNSW

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