Auf dem Weg zu voll funktionsfähigen Quantencomputern wurde ein weiterer Rekord gebrochen: die volle Kontrolle über einen 6-Qubit-Quantenprozessor in Silizium. Forscher nennen dies ein wichtiges Sprungbrett für die Technologie.
Qubits (oder Quantenbits) sind die Quantenäquivalente klassischer Rechenbits, nur können sie potenziell viel mehr Informationen verarbeiten. Dank der Quantenphysik können sie gleichzeitig in zwei Zuständen sein, nicht nur 1 oder 0.
Der knifflige Teil besteht darin, viele Qubits dazu zu bringen, sich so zu verhalten, wie sie es wollen, also ist es wichtig, so auf sechs zu springen. Die Möglichkeit, mit ihnen aus Silizium zu arbeiten – dem gleichen Material, das in modernen elektronischen Geräten verwendet wird – macht diese Technologie potenziell rentabler.
Heute besteht das Problem des Quantencomputing aus zwei Teilen, sagt der Quantencomputing-Forscher Stefan Philips von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden. Die Entwicklung von Qubits in ausreichender Qualität und die Entwicklung einer Architektur, die die Erstellung großer Systeme von Qubits ermöglicht.
Unsere Arbeit passt in beide Kategorien. Und da das Gesamtziel, einen Quantencomputer zu bauen, einen enormen Aufwand erfordert, kann man meiner Meinung nach sagen, dass wir in die richtige Richtung beigetragen haben.
Qubits bestehen aus einzelnen Elektronen, die im Abstand von 90 Nanometern (der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt etwa 75.000 Nanometer) aneinandergereiht sind. Diese Reihe von Quantenpunkten ist in Silizium eingebettet, wobei eine Struktur verwendet wird, die Transistoren ähnelt, die in Standardprozessoren verwendet werden.
Durch sorgfältige Verbesserungen an der Art und Weise, wie Elektronen vorbereitet, manipuliert und überwacht werden, war das Wissenschaftlerteam in der Lage, ihren Spin, eine quantenmechanische Eigenschaft, die den Zustand eines Qubits liefert, erfolgreich zu kontrollieren.
Die Forscher waren auch in der Lage, Logikgatter zu erstellen und Systeme mit zwei oder drei Elektronen nach Bedarf mit einer geringen Fehlerrate zu verschränken.
Die Wissenschaftler verwendeten Mikrowellen, Magnetfelder und elektrische Potentiale, um den Spin von Elektronen zu steuern und zu lesen, sie wie Qubits zu manipulieren und sie nach Bedarf miteinander interagieren zu lassen.
In dieser Studie erweitern wir die Grenzen der Anzahl von Qubits in Silizium und erreichen eine hohe Initialisierungsgenauigkeit, eine hohe Auslesegenauigkeit, eine hohe Genauigkeit von Einzel-Qubit-Gattern und eine hohe Genauigkeit von Zuständen mit zwei Qubits“, sagen die Wissenschaftler.
Was wirklich wichtig ist, ist, dass wir all diese Eigenschaften zusammen in einem Experiment mit einer Rekordzahl von Qubits demonstrieren.
Bis zu diesem Zeitpunkt wurden nur 3-Qubit-Prozessoren erfolgreich in Silizium eingebaut und auf das erforderliche Qualitätsniveau gesteuert – das ist also ein großer Schritt nach vorne in Bezug auf das, was mit dieser Art von Qubit möglich ist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Qubits zu erzeugen, einschließlich auf Supraleitern, wo viel mehr Qubits zusammen verwendet wurden und Wissenschaftler immer noch herausfinden, welche Methode die beste sein könnte.
Der Vorteil von Silizium besteht darin, dass alle Produktions- und Lieferketten bereits etabliert sind, was bedeutet, dass der Übergang von einem wissenschaftlichen Labor zu einer echten Maschine einfacher sein sollte. Die Arbeit treibt den Qubit-Rekord weiter nach oben.
Bei sorgfältigem Design ist es möglich, die Anzahl der Silizium-Spin-Qubits zu erhöhen und gleichzeitig die gleiche Genauigkeit wie bei einzelnen Qubits beizubehalten“, sagt Ingenieur Mateusz Madzik von der Technischen Universität Delft.
Der in unserer Forschung entwickelte Schlüsselbaustein kann verwendet werden, um in zukünftigen Iterationen noch mehr Qubits hinzuzufügen.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
2022-10-03 17:15:45
Autor: Vitalii Babkin