Новый подход к обращению к квантовым точкам открывает перспективы для масштабирования числа кубитов в квантовых системах и представляет собой прорыв в квантовых вычислениях.
Исследователи разработали способ обращения ко многим квантовым точкам всего несколькими управляющими линиями, используя метод, подобный шахматной доске. Это позволило запустить самую большую в истории систему квантовых точек с определением вентиля. Их результат является важным шагом в разработке масштабируемых квантовых систем для практических квантовых технологий.
Квантовые точки могут использоваться для хранения кубитов, основополагающих строительных блоков квантового компьютера. В настоящее время для каждого кубита требуется своя линия адресации и специальная управляющая электроника. Это крайне непрактично и резко контрастирует с современными компьютерными технологиями, где миллиарды транзисторов управляются всего несколькими тысячами строк.
Адресация Как шахматная доска
Исследователи из QuTech — совместной работы Делфтского технологического университета (TU Delft) и TNO — разработали аналогичный метод обращения к квантовым точкам. Точно так же, как расположение шахматных фигур определяется с помощью комбинации букв (от A до H) и цифр (от 1 до 8), их квантовые точки могут быть определены с помощью комбинации горизонтальных и вертикальных линий. Любая точка на шахматной доске может быть определена и адресована с помощью определенной комбинации буквы и цифры. Их подход выводит современное оборудование на новый уровень и позволяет использовать систему из 16 квантовых точек в массиве 4 × 4.
Первый автор Франческо Борсой объясняет: “Этот новый способ обращения к квантовым точкам выгоден для масштабирования до множества кубитов. Если управлять одним кубитом и считывать его с помощью одного провода, для миллионов кубитов потребуются миллионы управляющих линий. Этот подход не очень хорошо масштабируется. Однако, если кубитами можно управлять с помощью нашей системы, подобной шахматной доске, миллионы кубитов могут быть обработаны с использованием ‘всего’ тысяч строк, что соответствует соотношению, очень похожему на таковое в компьютерных чипах. Это сокращение количества строк открывает перспективы для масштабирования количества кубитов и представляет собой прорыв для квантовых компьютеров, для которого в конечном итоге потребуются миллионы кубитов ”.
Увеличение количества и качества
Квантовым компьютерам потребуются не только миллионы кубитов, но и качество кубитов чрезвычайно важно. Последний автор и главный исследователь Менно Вельдхорст: “Совсем недавно мы продемонстрировали, что этими типами кубитов можно управлять с точностью 99,992%. Это самый высокий показатель для любой системы с квантовыми точками и означает среднюю ошибку менее 1 на 10 000 операций. Эти достижения стали возможными благодаря разработке сложных методов управления и использованию германия в качестве основного материала, который обладает многими благоприятными свойствами для квантовой работы ”.
Раннее применение в квантовом моделировании
Поскольку квантовые вычисления находятся на ранней стадии развития, важно рассмотреть самый быстрый путь к практическому квантовому преимуществу. Другими словами: когда квантовый компьютер станет ‘лучше’ обычного суперкомпьютера? Одним из очевидных преимуществ может быть моделирование квантовой физики, поскольку взаимодействие квантовых точек основано на принципах квантовой механики. Оказывается, системы с квантовыми точками могут быть весьма эффективными для квантового моделирования.
Вельдхорст: “В другой недавней публикации мы показываем, что массив квантовых точек германия может быть использован для квантового моделирования ”. Эта работа является первым когерентным квантовым моделированием, в котором используются стандартные материалы для производства полупроводников. Вельдхорст: “Мы способны выполнять элементарное моделирование резонирующих валентных связей”. Хотя этот эксперимент был основан только на небольшом устройстве, выполнение такого моделирования на большой системе может решить давние вопросы физики.
Будущая работа
Вельдхорст заключает: “Приятно видеть, что мы сделали несколько шагов в масштабировании до более крупных систем, повышении производительности, а также получении возможностей в области квантовых вычислений и моделирования. Остается открытым вопрос, насколько большими мы можем сделать эти шахматные схемы, и, в случае наличия предела, сможем ли мы соединить многие из них, используя квантовые связи, для построения еще более крупных схем. ”
Ссылка: “Совместное управление решеткой из 16 полупроводниковых квантовых точек” Франческо Борсой, Нико У. Хендрикса, Валентина Джона, Марселя Мейера, Сейра Мотца, Пола ван Риггелена, Амира Саммака, Сандера Л. де Сну, Джордано Скаппуччи и Менно Вельдхорста, 28 августа 2023 года, Nature Nanotechnology.
