Подключение квантового компьютера будущего: новая простая сборка с существующей технологией

Квантовые вычисления все больше становятся предметом внимания ученых в таких областях, как физика и химия, а также промышленников в фармацевтической, авиационной и автомобильной промышленности. Во всем мире исследовательские лаборатории в таких компаниях, как Google и IBM, тратят обширные ресурсы на усовершенствование квантовых компьютеров, и для этого есть все основания. Квантовые компьютеры используют основы квантовой механики для обработки значительно больших объемов информации намного быстрее, чем классические компьютеры. Ожидается, что когда будут достигнуты исправленные ошибки и отказоустойчивые квантовые вычисления, научно-технический прогресс произойдет в беспрецедентном масштабе.

Но создание квантовых компьютеров для крупномасштабных вычислений оказывается сложной задачей с точки зрения их архитектуры. Основными единицами квантового компьютера являются «квантовые биты» или «кубиты». Обычно это атомы, ионы, фотоны, субатомные частицы, такие как электроны, или даже более крупные элементы, которые одновременно существуют в нескольких состояниях, что позволяет быстро получить несколько потенциальных результатов для больших объемов данных. Теоретическое требование к квантовым компьютерам состоит в том, что они расположены в двумерных (2D) массивах, где каждый кубит связан со своим ближайшим соседом и связан с необходимыми внешними линиями управления и устройствами. Когда число кубитов в массиве увеличивается, становится трудно достигнуть кубитов внутри массива от края.

Читайте также: сайт технологий mzhost.ru поделился новостью о мозгово-компьютерных интерфейсах, статья очень интересная.

Группа ученых из Токийского Университета Науки, Япония, Центра RIKEN, Япония, и Технологического Университета, Сидней, во главе с профессором Джо-Шен Цаи, предлагает уникальное решение этой проблемы доступности кубитов, изменяя архитектуру массив кубитов. «Здесь мы решаем эту проблему и представляем модифицированную сверхпроводящую микроархитектуру, которая не требует какой-либо технологии 3D внешней линии и возвращается к полностью плоской конструкции», - говорят они. Это исследование было опубликовано в Новом физическом журнале .

Ученые начали с квадратной решетки кубитов и вытянули каждый столбец в плоскости 2D. Затем они свернули каждый последующий столбец друг над другом, образуя двойной одномерный массив, называемый «билинейным» массивом. Это поставило все кубиты на грань и упростило расположение необходимой системы проводки. Система также полностью в 2D. В этой новой архитектуре некоторые межкубитные разводки - каждый кубит также связан со всеми соседними кубитами в массиве - действительно перекрываются, но поскольку они являются единственными перекрытиями в разводке, простые локальные трехмерные системы, такие как точки перекрытия достаточно, и система в целом остается в 2D. Как вы можете себе представить, это значительно упрощает его конструкцию.

Ученые оценили выполнимость этой новой договоренности путем численной и экспериментальной оценки, в которой они проверили, сколько сигнала было сохранено до и после его прохождения через воздушный мост. Результаты обеих оценок показали, что можно построить и запустить эту систему с использованием существующей технологии и без какого-либо трехмерного устройства.

Эксперименты ученых также показали им, что их архитектура решает несколько проблем, от которых страдают трехмерные структуры: их сложно построить, возникают помехи или помехи между волнами, передаваемыми по двум проводам, и хрупкие квантовые состояния кубитов могут ухудшаться. Новый псевдо-2D дизайн уменьшает количество раз, когда провода пересекают друг друга, тем самым уменьшая перекрестные помехи и, следовательно, увеличивая эффективность системы.

В то время, когда крупные лаборатории по всему миру пытаются найти способы создания крупномасштабных отказоустойчивых квантовых компьютеров, результаты этого захватывающего нового исследования показывают, что такие компьютеры могут быть построены с использованием существующей технологии 2D-интегральных схем. «Квантовый компьютер - это информационное устройство, которое, как ожидается, будет намного превосходить возможности современных компьютеров», - утверждает профессор Цай. Исследовательский путь в этом направлении только начался с этого исследования, и в заключение профессор Цай сказал: «Мы планируем построить небольшую схему для дальнейшего изучения и изучения этой возможности».