Entscheidende Hürde beim Quanten-Computing genommen: Erstmals gebautes Quanten-Logik-Gate aus Silizium, das Berechnungen zwischen zwei Qubits von Informationen ermöglicht | 2020

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Anonim

"Was wir haben, ist ein Game Changer", sagte Teamleiter Andrew Dzurak, Scientia-Professor und Direktor der Australian National Fabrication Facility an der UNSW.

"Wir haben ein Zwei-Qubit-Logikgatter demonstriert - den zentralen Baustein eines Quantencomputers - und dies im Wesentlichen in Silizium. Da wir im Wesentlichen die gleiche Gerätetechnologie wie vorhandene Computerchips verwenden, glauben wir, dass dies der Fall sein wird Ein Prozessorchip in Originalgröße ist viel einfacher herzustellen als eines der führenden Designs, die auf exotischeren Technologien basieren.

"Dies macht den Bau eines Quantencomputers viel einfacher, da er auf der gleichen Fertigungstechnologie wie die heutige Computerindustrie basiert", fügte er hinzu.

Der Fortschritt stellt die letzte physikalische Komponente dar, die erforderlich ist, um das Versprechen von superstarken Silizium-Quantencomputern zu verwirklichen, die die Wissenschaft der Kleinsten - das seltsame Verhalten subatomarer Teilchen - nutzen, um Rechenaufgaben zu lösen, die auch heute noch unerreichbar sind schnellste Supercomputer.

In klassischen Computern werden Daten als Binärbits gerendert, die sich immer in einem von zwei Zuständen befinden: 0 oder 1. In beiden Zuständen kann jedoch gleichzeitig ein Quantenbit (oder "Qubit") existieren, eine Bedingung, die als a bezeichnet wird Überlagerung. Eine Qubit-Operation nutzt diese Quantenverrücktheit aus, indem viele Berechnungen parallel ausgeführt werden können (ein Zwei-Qubit-System führt die Operation mit 4 Werten aus, ein Drei-Qubit-System mit 8 Werten usw.).

"Damit Quantencomputer Realität werden können, ist die Fähigkeit zur Durchführung von Ein- und Zwei-Qubit-Berechnungen von entscheidender Bedeutung", berichtete Dzurak, der 2012 das Team anführte und das erste Silizium-Qubit überhaupt demonstrierte Natur .

Bisher war es nicht möglich, zwei Quantenbits mit Silizium zum "Sprechen" zu bringen - und damit ein logisches Gatter zu schaffen. Aber das UNSW-Team hat in Zusammenarbeit mit Professor Kohei M. Itoh von der japanischen Keio-Universität zum ersten Mal genau das getan.

Das Ergebnis bedeutet, dass alle physikalischen Bausteine ​​für einen Quantencomputer auf Siliziumbasis nun erfolgreich konstruiert wurden, sodass Ingenieure endlich mit dem Entwurf und dem Bau eines funktionsfähigen Quantencomputers beginnen können.

Ein wesentlicher Vorteil des UNSW-Ansatzes besteht darin, dass sie die „Transistoren“, mit denen die Bits in vorhandenen Siliziumchips definiert werden, neu konfiguriert und in Qubits umgewandelt haben. "Auf dem Siliziumchip Ihres Smartphones oder Tablets befinden sich bereits rund eine Milliarde Transistoren, wobei jeder Transistor weniger als 100 Milliardstel Meter groß ist", sagte Dr. Menno Veldhorst, ein Forschungsstipendiat des UNSW und Hauptautor des Natur Papier.

"Wir haben diese Siliziumtransistoren in Quantenbits umgewandelt, indem wir sichergestellt haben, dass jedem nur ein Elektron zugeordnet ist. Dann speichern wir den Binärcode 0 oder 1 auf dem 'Spin' des Elektrons, der dem winzigen Magneten des Elektrons zugeordnet ist Feld ", fügte er hinzu.

Dzurak bemerkte, dass das Team kürzlich "einen Entwurf für einen vollwertigen Quantencomputerchip patentiert hatte, der Millionen unserer Qubits ermöglichen würde, die alle die Arten von Berechnungen ausführen, die wir gerade experimentell demonstriert haben".

Ein wichtiger nächster Schritt für das Projekt sei es, die richtigen Industriepartner für die Herstellung des vollwertigen Quantenprozessor-Chips zu identifizieren.

Ein solcher vollwertiger Quantenprozessor hätte wichtige Anwendungen in den Bereichen Finanzen, Sicherheit und Gesundheitswesen, da er die Identifizierung und Entwicklung neuer Arzneimittel ermöglicht, indem er das computergestützte Design von pharmazeutischen Wirkstoffen erheblich beschleunigt (und langwierige Versuche und Fehler minimiert). die Entwicklung neuer, leichterer und festerer Materialien, die von der Unterhaltungselektronik bis zum Flugzeug reichen; und schnellere Informationssuche in großen Datenbanken.