Квантовые компьютеры: новый кремниевый чип становится ближе, говорит создатель

Эндрю Дзурак любит мыслить в терминах общей картины, даже если не все из них еще в фокусе.

Профессор инженерной мысли в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее и директор Австралийского национального производственного предприятия, цель Дзурака - создать первый практический квантовый компьютер. И он считает, что недавно представленный его командой дизайн для квантового компьютерного чипа может стать важным первым шагом к этому месту назначения - и все это основано на архитектуре кремниевого чипа, которая питает современные компьютеры.

«Он обеспечивает« видение »или« путь »к созданию крупномасштабного квантового процессора с миллионами кубитов, которые понадобятся для решения ряда важных проблем», - говорит он. обратный.

Квантовые вычисления - это прогресс, который, возможно, Определяя технологические достижения 21-го века - при условии, конечно, мы можем осуществить это в следующие 83 года. В этом нет уверенности, учитывая, что у полностью работающего квантового компьютера должно быть миллионы квантовых битов или кубитов на каждом чипе. Те, что разрабатываются в таких местах, как Google, достигают максимума примерно в 50 кубитов, без гарантии, что эти проекты могут масштабироваться вверх.

Но, как объясняют Дзурак и его коллеги-исследователи в статье, опубликованной в пятницу в Связи природы Они верят, что их дизайн может быть построен так, чтобы он включал необходимый зверинец кубитов, каждый из которых использовал квантовую странность, чтобы преодолеть ограничения двоичного кода и быстро решить проблемы, которые потребуются традиционным компьютерам миллионы лет.

«Это очень упрощенная аналогия, но я думаю, вы могли бы сказать, что это немного похоже на то, когда команда« Муншот »разработала полный проект для всей миссии, включая ракетные двигатели, сроки этапов, модуль посадки, скафандры, и т.д. », - говорит он. «Чтобы реализовать большой проект, вам нужно иметь представление о том, как все сочетается друг с другом, и именно это мы стремились сделать с помощью этого документа».

Команда Дзурака фокусируется на кремниевых квантовых чипах, одном из пяти основных кандидатов на квантовую компьютерную архитектуру. Его главное преимущество заключается в том, что это расширение уже используемой технологии кремниевых чипов, которая предлагает приблизительное руководство по тому, как сделать кубиты достаточно маленькими, чтобы разместить на одном кристалле миллионы.

«Думаю, было бы справедливо сказать, что я не посвятил бы большую часть своей жизни кремниевым кубитам, если бы не думал, что это правильный путь», - говорит он, хотя признает, что способность миниатюризировать эти кубиты может создать дальнейшие проблемы. «На самом деле это важное преимущество по сравнению с другими кубитами, потому что это означает, что вы можете упаковать гораздо больше кубитов в один чип, но это также создает некоторые проблемы при получении большого количества линий управления в небольшом объеме. Отчасти это является одной из ключевых задач, на решение которой направлена ​​наша статья ».

Тот факт, что эти чипы имеют много общего с современными чипами, также означает, что они могут быть изготовлены с использованием уже доступных и используемых материалов. Далее в документе подробно описывается, как этот дизайн решает больше технических проблем, таких как исправление ошибок в вычислениях кубита и создание схем, необходимых для управления и считывания всех этих миллионов квантовых компонентов.

Так насколько это приближает нас к реальному, практическому квантовому компьютеру?

«Мы хотим начать использовать процессы производства кремниевых чипов, чтобы сначала создать небольшую (скажем, 10-кубитную) систему - это цель номер один - которую мы надеемся достичь через 3-5 лет», - говорит Дзурак. «Затем мы хотим достичь более высокого уровня интеграции, нацеливаясь, скажем, на 100 кубитов за 6-10 лет. Приблизительно в 100 кубитах у нас будет прототип, который затем может продолжать расширяться, но который уже может быть применен к некоторым интересным проблемам ».

Дзурак говорит, что эти сроки сильно зависят от того, сколько инвестиций получает его группа. Реализация видения команды о настоящем квантовом компьютере потребует значительных ресурсов. Но, по крайней мере, это видение никогда не было яснее.

«Когда я начал эту дизайнерскую работу, я хотел визуализировать, как может выглядеть законченный квантовый компьютерный чип», - говорит он. «Это было очень важно, поскольку в нем подчеркивались как преимущества использования кремния, так и проблемы создания всего квантового процессора. Остаются очень реальные инженерные проблемы, для решения которых потребуются умственные способности и решимость, но теперь у нас есть реальная цель ».