Nowe badanie: elastyczne łączenie kubitów jako klucz do skalowalnych procesorów kwantowych

WarsawNajnowsze badania nad komputerami kwantowymi odkryły praktyczne metody tworzenia dużych procesorów kwantowych. Komputery kwantowe korzystają z jednostek zwanych kubitami do przechowywania i przetwarzania informacji. W przeciwieństwie do zwykłych bitów, kubity mogą być jednocześnie w więcej niż jednym stanie, co przyspiesza obliczenia. Niemniej jednak, istotnym wyzwaniem w technologii kwantowej jest zarządzanie milionami kubitów jednocześnie, co wymaga bardzo skomplikowanej elektroniki.

Nowe badanie prowadzone przez profesor Vanitę Srinivasę z Uniwersytetu Rhode Island prezentuje system zwiększania możliwości procesorów kwantowych. Kluczowym pomysłem jest stosowanie elastycznych połączeń do łączenia kubitów na dużych odległościach. Ta metoda umożliwia wykonywanie skorelowanych operacji kwantowych, które są niezbędne, aby obliczenia kwantowe przewyższały tradycyjne obliczenia.

Niezbędne informacje:

Komputery kwantowe muszą indywidualnie kontrolować każdy kubit na odrębnych częstotliwościach. Łączenie wielu kubitów zwykle wymaga dopasowania ich częstotliwości, co staje się niepraktyczne w miarę powiększania się systemu. Badanie przedstawia metodę generowania dodatkowych częstotliwości dla każdego kubitu poprzez stosowanie oscylujących napięć.

W proponowanym systemie spinowe kubity w półprzewodnikach są sterowane poprzez właściwości takie jak spin elektronów, co przyczynia się do zmniejszenia utraty informacji. Zamiast po prostu dodawać więcej kubitów do jednego układu, badacze proponują podejście modułowe. Każdy moduł stanowi małą macierz kubitów, które można połączyć za pomocą długozasięgowych więzi splątania.

Zobacz również:

Wczoraj · 12:21

Tajemnice Arima Hot Springs: woda zwiastująca trzęsienia ziemi

To modułowe podejście ma kilka zalet:

• Skalowalność: Pozwala na rozszerzanie procesorów kwantowych za pomocą modułowych jednostek połączonych solidnymi połączeniami.
• Elastyczność: Wiele warunków rezonansowych umożliwia łatwiejsze dodawanie nowych kubitów bez konieczności dopasowywania częstotliwości.
• Odporność: Zmniejszona wrażliwość na wyciek fotonów zapewnia stabilne połączenia na dużą odległość między kubitami.

Badanie dotyczyło spinowych kubitów opartych na kropkach kwantowych, które oddziałują za pomocą fotonów mikrofalowych w nadprzewodzących wnękach. Kropki kwantowe zatrzymują elektrony w małych obszarach wewnątrz półprzewodników, a ich kontrola odbywa się za pomocą napięcia. Nadprzewodzące wnęki przechowują większe fotony, które są kluczowe do łączenia kubitów. W poprzednich eksperymentach napotykano trudności z dopasowaniem częstotliwości kubitów i fotonów do rezonansu, nawet dla zaledwie dwóch kubitów.

Naukowcy rozwiązali problem, stosując oscylujące napięcia, które szybko poruszają spinami w przód i w tył. Dzięki temu każdemu kubitowi można było dodać dodatkowe możliwości częstotliwości, co ułatwiło ich dostosowanie. W efekcie pojawiło się dziewięć różnych sposobów na połączenie dwóch kubitów, co zwiększa różnorodność operacji splątania, które mogą być wykonywane.

Podejście to wykazuje potencjał do tworzenia modułowych procesorów kwantowych z wykorzystaniem kubików półprzewodnikowych. Następnym krokiem jest zastosowanie tych koncepcji do rzeczywistych urządzeń kwantowych, mając na celu rozwiązanie obecnych problemów i umożliwienie stworzenia praktycznych procesorów kwantowych.