(UNSW) Într-un pas major înainte la scară atomică calculul cuantic , oamenii de știință au construit prima poartă de doi qubiți între atomi din siliciu, permițând qubiților să comunice între ei și să efectueze operațiuni mai rapid decât oricând.
Deoarece o poartă de doi qubiți este blocul fundamental al a la fel de mult ca un calculator , acest lucru are implicații destul de uimitoare.
„Mulți oameni au crezut că acest lucru nu va fi posibil”, a spus fizicianul cuantic Michelle Simmons de la Universitatea din New South Wales (UNSW) din Australia.
Qubiții sunt biți cuantici și sunt echivalentul de calcul cuantic al biților binari, unitățile de bază ale informațiilor. Cu toate acestea, în cazul în care biții procesează informații în una dintre cele două stări - un 1 sau un 0 - un qubit poate fi în starea unui 1, a 0 sau a ambelor simultan, pe baza stărilor lor de spin.
Această din urmă stare - 1 și 0 în același timp - este cunoscută ca suprapunere.
Așa cum amraportat la începutul acestui an,menţinând suprapunerea qubitilorpermite calculatoare cuantice pentru a rezolva probleme matematice complexe prin efectuarea de calcule bazate peprobabilitatea stării unui obiectînainte de a fi măsurat.
Dar pentru calcule mai eficiente, dorim ca qubiții să poată comunica între ei. De aici, poarta de doi qubit, pe care o echipă de la UNSWa reușit să realizeze abia în 2015.
Tehnologia a parcurs un drum lung. La începutul acestui an, cercetătorii au reușitMăsurați precizia operațiilor pe doi qubiți.
Acum, plasând doi qubiți de atomi mai aproape unul de celălalt decât au fost vreodată și măsurându-și și controlând stările lor de spin în timp real, o echipă diferită condusă de Simmons a redus timpul unei operațiuni de doi qubiți la doar 0,8 nanosecunde.
Aceasta este de 200 de ori mai rapidă decât orice altă poartă de doi qubiți dezvoltată până în prezent.
„Qubitii atomici dețin recordul mondial pentru cei mai lungi timpi de coerență ai unui qubit în siliciu cu cele mai mari fidelități”, a spus Simmons.
„Optimizarea fiecărui aspect al designului dispozitivului cu precizie atomică ne-a permis acum să construim o poartă cu doi qubiți foarte rapidă și foarte precisă, care este elementul fundamental al unui computer cuantic scalabil, pe bază de siliciu”.
Este o muncă uluitoare. Mai întâi, echipa a trebuit să calculeze distanța optimă pentru a plasa cei doi atomi de fosfor pentru operațiuni cuantice. S-a dovedit a fi doar 13 nanometri.
Apoi, au trebuit să folosească un microscop tunel de scanare - un instrument proiectat să imagineze suprafețele la nivel atomic - să plaseze și să încapsuleze atomii în siliciu cu mare precizie, precum și circuitele necesare pentru controlul și citirea stărilor de spin ale qubiților.
Echipa nu numai că a putut măsura schimbările în qubiți în timp real, dar ar putea controla și cât de puternic au interacționat cei doi.
„Am fost capabili să aducem electronii qubitului mai aproape sau mai departe, activând și dezactivând efectiv interacțiunea dintre ei, o condiție prealabilă pentru o poartă cuantică”, a spus fizicianul cuantic Yu He.
„Înlimitarea strânsă a electronilor qubitului, unică pentru abordarea noastră, și zgomotul inerent scăzut din sistemul nostru ne-au permis să demonstrăm cea mai rapidă poartă de doi qubiți din siliciu de până acum”.
Este, a adăugat el, perfect potrivit pentru a trimite informații între doi qubiți. Și, atunci când este combinat cu o singură poartă qubit, poate rula orice algoritm pe care îl aruncați.
Teoretic, acesta este scalabil. Dezvoltarea în continuare va dura ceva mai mult timp, dar această realizare este o piatră de hotar destul de importantă care deschide ușa către această scalabilitate.
„Acesta a fost unul dintre ultimele etape ale echipei lui Michelle pentru a demonstra că ei pot realiza de fapt un computer cuantic folosind qubiți atomici”, a spus Emma Johnston, decan al UNSW.
„Următorul lor obiectiv major este construirea unui circuit integrat cuantic de 10 qubiți – și sperăm că vor ajunge la asta în 3-4 ani.”
Aduceți-l.
Cercetarea a fost publicată în Natură .