Skammtatölvur, tölvukerfi sem vinna úr upplýsingum með skammtafræðilegum áhrifum, gætu staðið sig betur en klassískar tölvur í sumum reikniverkefnum. Þessar tölvur treysta á qubits, grunneiningar skammtaupplýsinga, sem geta verið til í mörgum ríkjum (0, 1 eða bæði samtímis), vegna skammtaáhrifa sem kallast superposition og entanglement.
Margar skammtatölvurnar sem þróaðar hafa verið á undanförnum árum eru byggðar á hefðbundnum ofurleiðurum, efnum sem sýna rafviðnám sem er núll við mjög lágt hitastig. Til að starfa áreiðanlega og sýna ofurleiðni, þarf að kæla rafrásir sem byggjast á þessum efnum niður í millikelvin hitastig.
Í skammtatölvum þarf hver qubit venjulega sína eigin stjórnlínu. Þetta þýðir að verkfræðingar þurfa að kynna nokkra víra sem bera rafpúls (þ.e. merkjalínur) og fjöldi nauðsynlegra víra eykst með fjölda qubita. Eftir því sem skammtatölvur stækka getur þetta verið vandasamt, þar sem örgjörvar verða erfiðari í byggingu og áreiðanlega starfrækt.
Vísindamenn hjá Seeqc Inc., fyrirtæki sem þróar stafræn skammtatölvunarkerfi, kynntu nýlega nýjan skammtaörgjörva sem gæti starfað á áreiðanlegan hátt og við millikelvin hitastig, þrátt fyrir að þurfa verulega minni raflögn. Þessi örgjörvi, kynntur í grein sem birt var íNáttúru rafeindatækni, hefur einstaka hönnun þar sem qubits og stjórn rafeindatækni þeirra eru samþætt á tveimur aðskildum en samtengdum ofurleiðandi flísum.
„Þróun ofurleiðandi skammtatölvunarkerfa stendur frammi fyrir töluverðum mælikvarða vegna þess að einstakar merkjalínur eru nauðsynlegar til að stjórna hverjum qubit,“ skrifuðu Caleb Jorda, Jacob Bernhardt og samstarfsmenn þeirra í blaðinu sínu. "Þessi raflagnakostnaður er afleiðing af lítilli samþættingu milli rafeindastýringar við stofuhita og qubits sem starfa við millikelvin hitastig. Vænlegur valkostur er að nota kryógeníska ofurleiðandi stafræna stýrir rafeindatækni sem er samhliða qubitum."
Að sigrast á raflagnaáskoruninni
Til að vinna bug á raflögnum sem hingað til hafa hindrað þróun stærri-skammtaörgjörva, hannaði þetta rannsóknarteymi nýja fjöl-flísareiningu. Þessi eining samanstendur af tveimur aðskildum flísum, annar hýsir qubits og hinn stýrir rafeindatækni.
Rannsakendur notuðu sérstaklega staka-flæði skammtastýringar rafeindatækni, ofurleiðandi stafrænar rafrásir sem mynda mjög stutta og nákvæma rafpúls með örsmáum magnbundnum segulmerkjum. Kubburinn sem hýsir þessar rafrásir var tengdur við flísinn sem inniheldur ofurleiðandi rafrásir með því að nota nálgun sem kallast flip-flístenging.
Þessi nálgun felur í sér að flísar eru settar-á móti-andliti og síðan tengja þær með smásæjum málmhöggum. Öll fjöl-flísareiningin sem Jorda, Bernhardt og samstarfsmenn þeirra hafa þróað starfar inni í kryógenískri uppsetningu sem heldur henni við millikelvin hitastig.
„Við kynnum virka skammtaörgjörvaeiningu þar sem qubits og staka-flæði skammtastjórnunar rafeindatækni eru samþætt í einni fjöl-flísareiningu með flip-flístengingu,“ skrifuðu höfundarnir. "Kerfið okkar notar stafræna demultiplexing til að dreifa stjórnpúlsum í nokkra qubita og slítur þannig línulega mælikvarða stjórnlína í fjölda qubita. Með þessari nálgun sýnum við einstaka-qubita tryggð yfir 99% og allt að 99,9%."
Ný nálgun við uppskera skammtavinnslu
Skammtaörgjörvi hannaður af þessu rannsóknarteymi hefur áberandi kosti fram yfir marga aðra ofurleiðandi skammtavinnslu sem kynntir voru í fortíðinni. Í fyrstu prófunum kom í ljós að það skilaði sér ótrúlega vel og hélt frábærri stjórn á qubits án þess að þörf væri á víðtækri raflögn.
Í framtíðinni gæti nýja hönnunin verið stækkuð til að búa til stærri skammtaörgjörva sem innihalda marga viðbótar qubita og geta þannig hugsanlega tekist á við flóknari tölvuvandamál. Að auki gæti það hvatt til kynningar á öðrum svipuðum fjöl-flís skammtafræðieiningum sem virka á áreiðanlegan hátt og auðveldara er að uppfæra.
