Quantum Computers: Ny Silicon Chip får oss nærmere, sier sin skaper

Andrew Dzurak liker å tenke i forhold til det store bildet, selv om ikke alt er kommet i fokus ennå.

En ingeniør professor ved University of New South Wales i Sydney og direktør for Australian National Fabrication Facility, er Dzuraks mål å skape den første praktiske kvantecomputeren. Og han mener at hans lags nyoppdagede design for en kvante datamaskiner kan utgjøre et viktig første skritt for det målet - og det bygger på silisiumbrikkearkitekturen som driver dagens datamaskiner.

"Det gir en" visjon "eller en" vei "for å bygge en storskala kvanteprosessor, med de millioner av qubits som trengs for å løse en rekke viktige problemer, forteller han Omvendt.

Quantum computing er et forskudd som uten tvil ville være de definere teknologisk prestasjon av det 21. århundre - forutsatt, selvfølgelig, kan vi trekke den av i de neste 83 årene. Det er ingen sikkerhet, med tanke på at en fullt operativ kvantecomputer skulle trenge å ha millioner av kvantebiter eller qubits på hver brikke. De som er under utvikling på steder som Google, spenner ut på omtrent 50 kvadratmeter, uten garanti disse designene kan skalere oppover.

Men som Dzurak og hans medforskere forklarer i et papir publisert fredag ​​i Naturkommunikasjon, tror de at deres design kan bygges opp for å inkludere den nødvendige menagerie av qubits, som hver utnytter kvanteforskjell til å overskride begrensningene i binære og raskt løse problemer som vil ta tradisjonelle datamaskiner millioner av år.

"Dette er en veldig forenklet analogi, men jeg antar at du kan si det er litt som når moonshot-teamet hadde en komplett design for hele oppdraget, inkludert rakettmotorer, timing av stadiene, landingsmodulen, plassdragene, etc, sier han. "For å realisere et stort prosjekt må du ha en visjon om hvordan alt passer sammen, og det er det vi har til hensikt å gjøre med dette papiret."

Dzuraks team fokuserer på silisiumkvantumchips, en av de fem hovedkandidatene for kvantecomputerarkitektur. Den overordnede fordelen er at det er en forlengelse av silisiumbrikkteknologien som allerede er i bruk, noe som gir en grov guide for hvordan du gjør qubitsene små nok til å passe millioner på en enkeltbrikke.

"Jeg antar det er rettferdig å si at jeg ikke ville tilegne mesteparten av livet mitt arbeidet med silikon qubits hvis jeg ikke trodde de var den riktige veien å gå," sier han, selv om han anerkjenner muligheten til å miniatyrisere de qubits kan skape videre problemer. "Dette er faktisk en viktig fordel i forhold til andre qubits, fordi det betyr at du kan pakke mange flere qubits på en enkeltbrikke, men det skaper også noen utfordringer ved å få så mange kontrolllinjer inn i et lite volum. Det er delvis en av de viktigste utfordringene som vårt papir tar sikte på å ta opp."

Det faktum at disse sjetongene deler så mange funksjoner med dagens chips betyr også at de kan bygges ved hjelp av materialer som allerede er tilgjengelige og i bruk. Papiret beskriver nærmere hvordan dette designet løser flere tekniske problemer som korrigeringsfeil i kvartals beregninger og bygge kretsene som trengs for å kontrollere og lese alle de millioner av kvantekomponenter.

Så hvor mye nærmere gjør dette oss til en ekte, praktisk kvantecomputer?

"Vi ønsker å begynne å bruke produksjonsprosessene for silisiumbrikker til å lage et lite (si 10-qubit) system først - det er mål nummer én - som vi håper å oppnå i 3 til 5 år, sier Dzurak. "Da ønsker vi å bygge opp til et større integrasjonsnivå, med sikte på å si 100 qubits på rundt 6-10 år. På rundt 100 qubits ville vi ha en prototype som kunne fortsette å skille seg videre over tid, men som allerede kunne brukes på noen interessante problemer."

Dzurak sier at tidsplanene er svært avhengige av hvor mye investering hans gruppe mottar. Å realisere lagets visjon om en ekte kvantecomputer vil ta betydelige ressurser. Men i det minste har visjonen aldri vært klarere.

"Da jeg begynte dette designarbeidet, ønsket jeg å få en visualisering av hva en komplett" quantum computer chip kan se ut, "sier han. "Det har vært veldig viktig, siden det er fremhevet begge fordelene ved å bruke silisium, og også utfordringene med å lage en hel kvanteprosessor. Det er fortsatt veldig ekte ingeniørutfordringer, som skal ta hjernekraft og vilje til å løse, men nå har vi et reelt mål å sikte på."