Un grupo de científicos dirigido por la profesora australiana del año 2018 Michelle Simmons ha logrado la primera puerta de dos qubit entre qubits de átomos en silicio, un hito importante en la búsqueda del equipo para construir una computadora cuántica a escala atómica.de la investigación se publicó hoy en la revista Naturaleza .
Una puerta de dos qubits es el bloque de construcción central de cualquier computadora cuántica, y la versión del equipo de UNSW es la más rápida que se haya demostrado en silicio, completando una operación en 0.8 nanosegundos, que es ~ 200 veces más rápido que otroscompuertas de dos qubit basadas en espines existentes.
En el enfoque de grupo de Simmons, una puerta de dos qubit es una operación entre dos espines de electrones, comparable al papel que juegan las puertas lógicas clásicas en la electrónica convencional. Por primera vez, el equipo pudo construir unapuerta de qubit colocando dos qubits de átomo más juntos que nunca, y luego, en tiempo real, observando y midiendo de manera controlable sus estados de giro.
El enfoque único del equipo para la computación cuántica requiere no solo la colocación de qubits de átomos individuales en silicio, sino también todos los circuitos asociados para inicializar, controlar y leer los qubits en la nanoescala, un concepto que requiere una precisión tan exquisita que fue mucho tiempo.pensaba que era imposible. Pero con este importante hito, el equipo ahora está posicionado para traducir su tecnología en procesadores escalables.
El profesor Simmons, director del Centro de excelencia para la tecnología de comunicación y computación cuántica CQC2T y fundador de Silicon Quantum Computing Pty Ltd., dice que la última década de resultados anteriores preparó perfectamente al equipo para cambiar los límites de lo que se pensabaser "humanamente posible".
"Los qubits de átomo tienen el récord mundial de tiempos de coherencia más largos de un qubit en silicio con la mayor fidelidad", dice ella. "Usando nuestras tecnologías de fabricación únicas, ya hemos demostrado la capacidad de leer e inicializar espines de un solo electrón en un átomoqubits en silicio con una precisión muy alta. También hemos demostrado que nuestro circuito de escala atómica tiene el ruido eléctrico más bajo de cualquier sistema hasta ahora diseñado para conectarse a un qubit semiconductor.
"La optimización de todos los aspectos del diseño del dispositivo con precisión atómica ahora nos ha permitido construir una puerta de dos qubit realmente rápida y de alta precisión, que es el bloque de construcción fundamental de una computadora cuántica escalable basada en silicio.
"Realmente hemos demostrado que es posible controlar el mundo a escala atómica, y que los beneficios del enfoque son transformadores, incluida la notable velocidad a la que funciona nuestro sistema".
La decana de ciencia de UNSW, la profesora Emma Johnston AO, dice que este artículo clave muestra aún más cuán innovadora es la investigación del profesor Simmons.
"Este fue uno de los hitos finales del equipo de Michelle para demostrar que realmente pueden hacer una computadora cuántica usando qubits de átomo. Su próximo gran objetivo es construir un circuito integrado cuántico de 10 qubit, y esperamos que lo alcancen en 3-4años."
Levantarse y acercarse con qubits: ingeniería con una precisión de solo mil millonésimas de metro
Usando un microscopio de efecto túnel para colocar con precisión y encapsular átomos de fósforo en silicio, el equipo primero tuvo que calcular la distancia óptima entre dos qubits para permitir la operación crucial.
"Nuestra técnica de fabricación nos permite colocar los qubits exactamente donde los queremos. Esto nos permite diseñar nuestra puerta de dos qubits para que sea lo más rápido posible", dice el coautor principal del estudio, Sam Gorman, de CQC2T.
"No solo hemos acercado los qubits desde nuestro último avance, sino que hemos aprendido a controlar cada aspecto del diseño del dispositivo con una precisión subnanométrica para mantener las altas fidelidades".
Observación y control de interacciones qubit en tiempo real
El equipo pudo medir cómo evolucionaron los estados de los qubits en tiempo real. Y, lo que es más emocionante, los investigadores mostraron cómo controlar la fuerza de interacción entre dos electrones en la escala de tiempo de nanosegundos.
"Es importante destacar que pudimos acercar o alejar los electrones del qubit, activando y desactivando efectivamente la interacción entre ellos, un requisito previo para una puerta cuántica", dice otro coautor principal, Yu He.
"El estrecho confinamiento de los electrones del qubit, exclusivo de nuestro enfoque, y el ruido inherentemente bajo en nuestro sistema nos permitió demostrar la puerta de dos qubit más rápida en el silicio hasta la fecha".
"La puerta cuántica que demostramos, la llamada puerta SWAP, también es ideal para transportar información cuántica entre qubits y, cuando se combina con una sola puerta de qubit, le permite ejecutar cualquier algoritmo cuántico".
¿Algo de imposibilidad física? Ya no
El profesor Simmons dice que esta es la culminación de dos décadas de trabajo.
"Este es un avance masivo: poder controlar la naturaleza en su nivel más pequeño para que podamos crear interacciones entre dos átomos pero también hablar individualmente con cada uno sin molestar al otro es increíble. Mucha gente pensó que esto seríano será posible ", dice ella.
"La promesa siempre ha sido que si pudiéramos controlar el mundo qubit a esta escala, serían rápidos, ¡y seguro que lo son!"
¿Qué son los qubits?
En el enfoque de la profesora Michelle Simmons, los bits cuánticos o qubits están hechos de electrones alojados en átomos de fósforo en el silicio. Crear qubits colocando y encapsulando con precisión átomos de fósforo individuales dentro de un chip de silicio es un enfoque australiano único que el equipo del profesor Simmonsha sido líder a nivel mundial. Estos tipos de qubits son una plataforma prometedora para las computadoras cuánticas a gran escala, gracias a su estabilidad duradera.
El potencial cuántico: una computadora cuántica a gran escala en funcionamiento tiene el potencial de transformar la economía de la información y crear las industrias del futuro, resolviendo en horas o minutos problemas que llevarían siglos a las computadoras convencionales, incluso a las supercomputadoras, y abordarlasProblemas que de otro modo serían intratables y que ni siquiera las supercomputadoras podrían resolver en un período de tiempo útil. Las aplicaciones potenciales incluyen aprendizaje automático, programación y planificación logística, análisis financiero, modelado del mercado de valores, verificación de software y hardware, diseño y prueba rápidos de medicamentos, y detección y prevención temprana de enfermedades.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Original escrito por Isabelle Dubach. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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