Квантовите компютри: Новият силиконов чип ни приближава, казва неговият Създател

Андрю Дзурак обича да мисли по отношение на общата картина, въпреки че все още не е в центъра на вниманието.

Инженер-професор в Университета на Нов Южен Уелс в Сидни и директор на Австралийския национален завод за производство, целта на Дзурак е да създаде първия практически квантов компютър. Той вярва, че новооткритият проект на екипа му за квантовия компютърен чип може да представлява решаваща първа стъпка към тази дестинация - и всичко се гради върху архитектурата на силициевите чипове, която управлява днешните компютри.

"Той осигурява" визия "или" път "към изграждането на голям мащабен квантов процесор, с милиони кубити, които ще са необходими за решаване на редица важни проблеми," казва той. обратен.

Квантовото изчисление е аванс, който би могъл да бъде на дефиниране на технологичното постижение на 21-ви век - като се предполага, разбира се, че можем да го постигнем през следващите 83 години. Това не е сигурно, като се има предвид, че напълно функциониращият квантов компютър трябва да има милиони квантови бита или кубити на всеки чип. Тези, които се разработват на места като Google, достигат до около 50 кубита, без гаранция, че тези проекти могат да се увеличат.

Но както Джурак и колегите му изследователи обясняват в доклад, публикуван в петък в Nature Communications те вярват, че техният дизайн може да бъде изграден така, че да включва необходимата менажерия от кубити, като всеки от тях се възползва от квантовата странност, за да надхвърли ограниченията на двоичните и бързо да разреши проблеми, които биха поели традиционните компютри милиони години.

- Това е много опростена аналогия, но предполагам, че може да се каже, че е малко, когато екипът на лунната вълна имаше цялостен дизайн за цялата мисия, включително ракетните двигатели, времето на етапите, модула за кацане, космическите костюми, и т.н. ”, казва той. "За да реализираш голям проект, трябва да имаш визия за това как всичко се вписва заедно и това е, което сме се стремили да направим с този документ."

Екипът на Дзурак се фокусира върху силициевите квантови чипове, един от петте основни кандидати за квантова компютърна архитектура. Основното му предимство е, че това е разширение на технологията на силициевите чипове, която вече се използва, което предлага грубо ръководство за това как да се направят достатъчно малките кубити, за да се поберат милиони на един чип.

"Предполагам, че е справедливо да се каже, че не бих посветил по-голямата част от живота си на силиконови кубити, ако не мисля, че това е правилният път", казва той, въпреки че признава възможността за миниатюризиране на тези кубити. създават допълнителни проблеми. „Това всъщност е важно предимство пред останалите кубити, защото означава, че можете да опаковате много повече кубити в един чип, но също така създава някои предизвикателства за получаване на толкова много контролни линии в малък обем. Отчасти това е едно от ключовите предизвикателства, с които се цели нашата книга. ”

Фактът, че тези чипове споделят толкова много функции с днешните чипове, също означава, че те могат да бъдат изградени с помощта на вече налични и използвани материали. Документът подробно описва как този дизайн решава повече технически въпроси като коригиране на грешки в изчисленията на кубита и изграждане на необходимите схеми за контрол и четене на всички тези милиони квантови компоненти.

И така, доколко по-близо това ни довежда до истински, практичен квантов компютър?

"Ние искаме да започнем да използваме процесите на производство на силициеви чипове, за да направим първата малка (например 10-кубитна) система - целта номер едно - която се надяваме да постигнем след 3 до 5 години", казва Дзурак. „Тогава искаме да изградим по-високо ниво на интеграция, като се стремим да кажем 100 кубита за около 6-10 години. При около 100 кубита ще имаме прототип, който след това ще продължи да се увеличава с течение на времето, но който вече може да се приложи към някои интересни проблеми."

Дзурак казва, че тези срокове са силно зависими от това колко инвестиции ще получи неговата група. Осъзнаването на визията на екипа за истински квантов компютър ще отнеме значителни ресурси. Но поне тази визия никога не е била по-ясна.

"Когато започнах тази дизайнерска работа, исках да визуализирам как може да изглежда пълният" квантов компютърен чип ", казва той. „Това е много важно, тъй като е подчертано както предимствата от използването на силиций, така и предизвикателствата за създаване на цял квантов процесор. Остават много реални инженерни предизвикателства, които ще вземат мозъка и решимостта да решат, но сега имаме истинска цел да се стремим към това."