Quantum Computers: Ny Silicon Chip får os tættere, siger sin Skaber

Andrew Dzurak kan godt lide at tænke i forhold til det store billede, selvom ikke alt er kommet i fokus endnu.

En ingeniør professor ved University of New South Wales i Sydney og direktør for Australian National Fabrication Facility, Dzuraks mål er at skabe den første praktiske kvantecomputer. Og han mener, at hans holds nyligt afslørede design til en kvantecomputerchip kunne udgøre et afgørende første skridt til den destination - og det bygger på den siliciumchiparkitektur, der styrer dagens computere.

"Det giver en" vision "eller en" vej "for at opbygge en storskala kvanteprocessor, med de millioner af qubits, der skal bruges til at løse en række vigtige problemer," fortæller han Inverse.

Quantum computing er et forskud, der sandsynligvis ville være det definere den teknologiske præstation af det 21. århundrede - forudsat at vi selvfølgelig kan trække det ud i de næste 83 år. Det er ingen sikkerhed, i betragtning af at en fuldt operationel kvantecomputer skulle have brug for millioner af kvantebiter eller qubits på hver chip. Dem, der er under udvikling på steder som Google, går ud på omkring 50 qubits, uden garanti, at disse designs kan skala opad.

Men som Dzurak og hans medforskere forklarer i et papir, der blev offentliggjort fredag ​​i Naturkommunikation, mener de, at deres design kan opbygges til at omfatte den krævede menagerie af qubits, der hver især udnytter kvanteværdighed til at overskride grænserne for binære og hurtigt løse problemer, der ville tage traditionelle computere i millioner af år.

"Dette er en meget simplistisk analogi, men jeg tror du kan sige, at det er lidt som, når moonshot-holdet havde et komplet design for hele missionen, herunder raketmotorerne, timing af stadierne, landingsmodulet, pladspakken, osv. ", siger han. "For at realisere et stort projekt skal du have en vision om, hvordan alt passer sammen, og det er det, vi har til formål at gøre med dette papir."

Dzurak's team fokuserer på siliciumkvantumchips, en af ​​de fem vigtigste kandidater til kvantecomputerarkitektur. Dens overordnede fordel er, at det er en forlængelse af den siliciumchip-teknologi, der allerede er i brug, hvilket giver en grov vejledning til, hvordan qubits'en er lille nok til at passe millioner på en enkelt chip.

"Jeg tror det er rimeligt at sige, at jeg ikke ville lægge det meste af mit livs arbejde på silicium qubits, hvis jeg ikke troede, at de var den rigtige vej at gå", siger han, selvom han anerkender evnen til at miniaturisere disse qubits kan skabe yderligere problemer. "Dette er faktisk en vigtig fordel i forhold til andre qubits, fordi det betyder, at du kan pakke mange flere qubits på en enkelt chip, men det skaber også nogle udfordringer ved at få så mange kontrollinier til et lille volumen. Til dels er det en af ​​de vigtigste udfordringer, som vores papir tager sigte på."

Den kendsgerning, at disse chips deler så mange funktioner med dagens chips betyder også, at de kan bygges ved hjælp af materialer, der allerede er tilgængelige og i brug. Papiret beskriver yderligere, hvordan dette design løser flere tekniske problemer som korrigeringsfejl i kvartals beregninger og opbygning af kredsløb, der er nødvendige for at styre og læse alle de millioner af kvantekomponenter.

Så hvor meget tættere kommer det os til en rigtig, praktisk kvantecomputer?

"Vi ønsker at begynde at bruge siliconchip fremstillingsprocesser til at lave et lille (sige 10-qubit) system først - det er mål nummer én - som vi håber at opnå i 3 til 5 år," siger Dzurak. "Så vil vi opbygge et større integrationsniveau, der sigter mod at sige 100 qubits i omkring 6-10 år. Ved omkring 100 qubits ville vi have en prototype, som så kunne fortsætte med at opjustere yderligere over tid, men som allerede kunne anvendes på nogle interessante problemer."

Dzurak siger, at disse tidsplaner er stærkt afhængige af, hvor meget investering hans gruppe modtager. At realisere holdets vision om en sand kvantecomputer vil tage betydelige ressourcer. Men i det mindste har visionen aldrig været klarere.

"Da jeg begyndte dette designarbejde, ønskede jeg at få en visualisering af, hvad en komplet" quantum computer chip kan se ud, "siger han. "Det har været meget vigtigt, da det er fremhævet både fordelene ved at bruge silicium, og også udfordringerne ved at lave en hel kvanteprocessor. Der er meget rigtige tekniske udfordringer, som skal tage hjernekraft og beslutsomhed til at løse, men nu har vi et rigtigt mål at sigte mod."