Los científicos australianos han diseñado una arquitectura de chip de silicio 3D basada en bits cuánticos de un solo átomo, que es compatible con las técnicas de fabricación a escala atómica, proporcionando un plan para construir una computadora cuántica a gran escala.
Científicos e ingenieros del Centro de Excelencia del Consejo Australiano de Investigación para la Tecnología de Computación y Comunicación Cuántica CQC2T, con sede en la Universidad de Nueva Gales del Sur UNSW, lideran el mundo en la carrera por desarrollar una computadora cuántica escalable en silicio- un material bien entendido y favorecido por la industria de la informática y la microelectrónica de billones de dólares.
Los equipos liderados por investigadores de la UNSW ya han demostrado una estrategia de fabricación única para la realización de dispositivos a escala atómica y han desarrollado los bits cuánticos más eficientes del mundo en silicio utilizando los electrones o los espines nucleares de átomos de fósforo individuales.- son los componentes de datos fundamentales de las computadoras cuánticas.
Uno de los obstáculos finales para escalar a una computadora cuántica operativa es la arquitectura. Aquí es necesario descubrir cómo controlar con precisión múltiples qubits en paralelo, a través de una matriz de muchos miles de qubits, y corregir constantemente para 'quantum'errores en los cálculos.
Ahora, la colaboración CQC2T, que involucra a investigadores teóricos y experimentales de la Universidad de Melbourne y UNSW, ha diseñado dicho dispositivo. En un estudio publicado hoy en Avances científicos , el equipo CQC2T describe una nueva arquitectura de silicio, que utiliza qubits a escala atómica alineados a líneas de control, que son esencialmente cables muy estrechos, dentro de un diseño 3D.
"Hemos demostrado que podemos construir dispositivos en silicio a escala atómica y hemos estado trabajando hacia una arquitectura a gran escala en la que podamos realizar protocolos de corrección de errores, proporcionando un sistema práctico que se puede ampliar a un mayor número de qubits", dice la profesora de UNSW Scientia Michelle Simmons, coautora del estudio y directora del CQC2T.
"Lo mejor de este trabajo, y la arquitectura, es que nos da un punto final. Ahora sabemos exactamente lo que debemos hacer en la carrera internacional para llegar allí".
En el diseño conceptual del equipo, se han movido de una matriz unidimensional de qubits, colocados a lo largo de una sola línea, a una matriz bidimensional, colocada en un plano que es mucho más tolerante a los errores. Esta capa de qubit es "intercalado "en una arquitectura tridimensional, entre dos capas de cables dispuestos en una cuadrícula
Al aplicar voltajes a un subconjunto de estos cables, se pueden controlar múltiples qubits en paralelo, realizando una serie de operaciones utilizando muchos menos controles. Es importante destacar que, con su diseño, pueden realizar los protocolos de corrección de errores de código de superficie 2D en los quecualquier error de cálculo que se deslice en el cálculo puede corregirse más rápido de lo que ocurre
"Nuestro equipo australiano ha desarrollado los mejores qubits de silicio del mundo", dice el profesor Lloyd Hollenberg de la Universidad de Melbourne, subdirector del CQC2T que dirigió el trabajo con su colega el Dr. Charles Hill ". Sin embargo, para escalar a un cuántico operativo completoEn la computadora, necesitamos más que muchos de estos qubits: necesitamos poder controlarlos y organizarlos de tal manera que podamos corregir los errores cuánticamente ".
"En nuestro trabajo, hemos desarrollado un plan que es único para nuestro sistema de qubits en silicio, para construir una computadora cuántica a gran escala".
En su documento, el equipo propone una estrategia para construir el dispositivo, que aprovecha la capacidad internacional única de CQC2T de fabricación de dispositivos a escala atómica. También han modelado los voltajes requeridos aplicados a los cables de la red, necesarios para abordar qubits individuales, yhacer que el procesador funcione
"Esta arquitectura nos brinda el denso empaquetado y la operación paralela esencial para aumentar el tamaño del procesador cuántico", dice el profesor de Scientia Sven Rogge, director de la Facultad de Física de la UNSW. "En última instancia, la estructura es escalable a millones de qubits"., requerido para un procesador cuántico a gran escala "
fondo
En las computadoras clásicas, los datos se representan como bits binarios, que siempre están en uno de dos estados: 0 o 1. Sin embargo, un qubit puede existir en ambos estados a la vez, una condición conocida como superposición. Una operación de qubitexplota esta rareza cuántica al permitir que muchos cálculos se realicen en paralelo un sistema de dos qubits realiza la operación con 4 valores, un sistema de tres qubits en 8, y así sucesivamente.
Como resultado, las computadoras cuánticas superarán con creces las supercomputadoras más potentes de la actualidad y ofrecerán enormes ventajas para una variedad de problemas complejos, como explorar rápidamente grandes bases de datos, modelar mercados financieros, optimizar enormes redes de transporte metropolitano y modelar moléculas biológicas complejas.
Cómo construir una computadora cuántica en silicio http://youtu.be/zo1q06F2sbY
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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