Ny studie: förbättra modulära kvantdatorsystem för skalbarhet genom flexibel kvantbitsanslutning

StockholmNya undersökningar inom kvantdatorer har visat en praktisk metod för att skapa stora kvantprocessorer. Kvantdatorer använder enheter som kallas kvantbitar för att lagra och bearbeta information. Till skillnad från vanliga bitar kan kvantbitar befinna sig i flera tillstånd samtidigt, vilket påskyndar beräkningar. Dock är en stor utmaning inom kvantdatorer att hantera miljontals kvantbitar samtidigt, vilket kräver mycket komplex elektronik.

En ny studie av professor Vanita Srinivasa vid University of Rhode Island presenterar ett system för att utöka kvantprocessorer. Den huvudsakliga idén är att använda flexibla kopplingar för att länka qubitar över långa avstånd. Denna metod möjliggör korrelerade kvantoperationer, vilka är avgörande för att kvantdatorer ska kunna bli kraftfullare än traditionella datorer.

Viktiga Punkten:

• Kvantdatorer måste individuellt hantera varje qubit vid specifika frekvenser.
• Att koppla flera qubiter kräver ofta att matcha deras frekvenser, vilket blir opraktiskt när systemet växer.
• Studien presenterar en metod för att skapa extra frekvenser för varje qubit genom att tillämpa oscillerande spänningar.

I det föreslagna systemet styrs spinnkubits i halvledare av egenskaper som elektronspinn och bidrar till att minska informationsförlust. Istället för att bara lägga till fler kubits i en och samma uppsättning, föreslår forskare en modulär metod. Varje modul är en liten uppsättning kubits som kan kopplas ihop med långdistans sammanflätande länkar.

Läs också:

Idag · 15:57

Ny forskning: Enkla celler visar lärande utan hjärnor

Denna modulära strategi har flera fördelar:

• Skalbarhet: Möjliggör för kvantprocessorn att expandera med modulära enheter som är sammanlänkade med starka kopplingar.
• Flexibilitet: Flera resonansvillkor gör det enklare att lägga till nya qubits utan att matcha frekvenser.
• Robusthet: Minskar känsligheten för fotonläckage och säkerställer stabila länkar över långa avstånd mellan qubits.

Studien undersökte spinqubits baserade på kvantprickar som interagerar med mikrovågafotoner i supraledande kaviteer. Kvantprickar fångar elektroner i små områden inom halvledare och styrs av spänningar. Supraledande kaviteer rymmer större fotoner, vilka är avgörande för att koppla samman qubits. Tidigare experiment har haft svårigheter att matcha frekvenserna hos qubits och fotoner för resonans, även när det bara handlar om två qubits.

Forskarna löste problemet genom att använda oscillerande spänningar för att snabbt flytta spinnen fram och tillbaka. Detta lade till extra frekvensalternativ för varje qubit, vilket gjorde det enklare att matcha frekvenserna. Som ett resultat finns det nu nio olika sätt att koppla samman två qubits, vilket förbättrar variationen av kvantoperationer de kan utföra.

Tillvägagångssättet visar potential för att skapa modulära kvantprocessorer med hjälp av halvledarqubits. Nästa steg är att tillämpa dessa idéer på verkliga kvantenheter för att lösa nuvarande problem och göra praktiska kvantprocessorer möjliga.