Квантни рачунари, рачунарски системи који обрађују информације користећи квантномеханичке ефекте, могли би да надмаше класичне рачунаре у неким рачунским задацима. Ови рачунари се ослањају на кубите, основне јединице квантних информација, које могу постојати у више стања (0, 1 или оба истовремено), због квантних ефеката познатих као суперпозиција и преплитање.
Многи квантни рачунари развијени последњих година засновани су на конвенционалним суперпроводницима, материјалима који показују електрични отпор нула на екстремно ниским температурама. Да би радили поуздано и показали суправодљивост, кола заснована на овим материјалима морају да се охладе на миликелвин температуре.
У квантним рачунарима, сваки кубит обично захтева сопствену контролну линију. То значи да инжењери треба да уведу неколико жица које носе електричне импулсе (тј. сигналне линије), а број потребних жица се повећава са бројем кубита. Како квантни рачунари постају све већи, то може бити проблематично, јер процесори постају све тежи за изградњу и поузданији рад.
Истраживачи у Сеекц Инц., компанији која развија дигиталне квантне рачунарске системе, недавно су представили нови квантни процесор који би могао да ради поуздано и на миликелвинским температурама, упркос томе што захтева знатно мање ожичења. Овај процесор, представљен у раду објављеном уНатуре Елецтроницс, има јединствен дизајн у којем су кубити и њихова контролна електроника интегрисани на два одвојена, али повезана суперпроводна чипа.
„Развој суперпроводних квантних рачунарских платформи суочава се са значајним изазовима скалирања јер су за контролу сваког кубита потребне појединачне сигналне линије“, написали су Цалеб Јорда, Јацоб Бернхардт и њихове колеге у свом раду. "Ово ожичење је резултат ниског нивоа интеграције између контролне електронике на собној температури и кубита који раде на миликелвинским температурама. Обећавајућа алтернатива је употреба криогене суперпроводне дигиталне контролне електронике која коегзистира са кубитима."
Превазилажење изазова ожичења
Да би превазишао проблеме са ожичењем који су до сада ометали развој-квантних процесора већег обима, овај истраживачки тим је дизајнирао нови модул са више{1}}чипова. Овај модул се састоји од два одвојена чипа, од којих један хостује кубитове, а други контролну електронику.
Истраживачи су посебно користили квантну контролну електронику са једним{0}}током, суперпроводна дигитална кола која генеришу веома кратке и прецизне електричне импулсе путем сићушних квантизованих магнетних сигнала. Чип у коме се налазе ова кола је повезан са чипом који садржи суправодљива кола користећи приступ познат као флип{2}}везивање чипа.
Овај приступ подразумева постављање чипова лицем-у-а затим њихово повезивање преко микроскопских металних избочина. Цео модул са више{3}}чипова који су развили Јорда, Бернхардт и њихове колеге ради унутар криогеног подешавања који га одржава на миликелвинским температурама.
„Представљамо активну квантну процесорску јединицу у којој су кубити и једно-квантна контролна електроника интегрисани у један више-модул са више чипова путем флип-везивања чипова“, написали су аутори. „Наш систем користи дигитално демултиплексирање за дистрибуцију контролних импулса на неколико кубита, чиме се разбија линеарно скалирање контролних линија на број кубита. Овим приступом демонстрирамо прецизност једног-кубита изнад 99% и до 99,9%.“
Нови приступ врхунским квантним процесорима
Квантни процесор који је дизајнирао овај истраживачки тим има значајне предности у односу на многе друге суправодљиве квантне процесоре представљене у прошлости. У почетним тестовима је утврђено да ради изузетно добро, одржавајући одличну контролу над кубитима без потребе за опсежним ожичењем.
У будућности, нови дизајн би се могао повећати како би се створили већи квантни процесори који садрже много додатних кубита и на тај начин потенцијално могу да се позабаве сложенијим рачунарским проблемима. Поред тога, то би могло да инспирише увођење других сличних квантних модула са више-чипова који раде поуздано и који се лакше повећавају.
