_ Nou super -cipul de siliciu pur deschide calea către computere cuantice puternice

Cercetătorii de la Universitățile din Melbourne și Manchester au inventat o tehnică inovatoare pentru fabricarea siliciului înalt purificat care aduce computerele cuantice puternice un pas mare mai aproape.

Noua tehnică de proiectare a siliciului ultrapur îl face materialul perfect pentru a face computere cuantice la scară și cu o precizie ridicată, spun cercetătorii.

Co-supervizorul proiectului, profesorul David Jamieson, de la Universitatea din Melbourne, a spus că inovația, publicată în Communications Materials, folosește qubiți de atomi de fosfor implantați în cristale de siliciu pur stabil și ar putea depăși o barieră critică în calea calculului cuantic prin extinderea duratei coerenței cuantice notoriu de fragilă.

" Coerența cuantică fragilă înseamnă că erorile de calcul se acumulează rapid Cu o coerență robustă oferită de noua noastră tehnică, calculatoarele cuantice ar putea rezolva în câteva ore sau minute unele probleme care ar dura secole la computerele convenționale sau „clasice”, chiar și la supercalculatoarele”, a spus profesorul Jamieson. /p>

Biții cuantici sau qubiții - blocurile de construcție ale computerelor cuantice - sunt susceptibili la mici schimbări în mediul lor, inclusiv la fluctuațiile de temperatură. Chiar și atunci când sunt operate în frigidere liniștite, aproape de zero absolut (minus 273 de grade Celsius), computerele cuantice actuale pot menține coerența fără erori doar pentru o mică fracțiune de secundă.

Co-supervizorul Universității din Manchester, profesorul Richard Curry numitul siliciu ultrapur a permis construirea de dispozitive qubit de înaltă performanță — o componentă critică necesară pentru a deschide calea către computere cuantice scalabile.

„Ceea ce am reușit să facem este să creăm în mod eficient o „cărămidă” critică. ' necesare pentru a construi un computer cuantic bazat pe siliciu. Este un pas crucial pentru realizarea unei tehnologii care are potențialul de a fi transformatoare pentru omenire”, a spus profesorul Curry.

Autorul principal, Ravi Acharya, o universitate comună. Manchester/University of Melbourne Cookson Scholar, a spus că marele avantaj al calculului cuantic cu cip de siliciu este că folosește aceleași tehnici esențiale care fac cipurile folosite în computerele de astăzi.

„Cipurile electronice în prezent dintr-un computer de zi cu zi constau în miliarde de tranzistori — aceștia pot fi folosiți și pentru a crea qubiți pentru dispozitivele cuantice pe bază de siliciu. Capacitatea de a crea qubiți de siliciu de înaltă calitate a fost parțial limitată până în prezent de puritatea materialului de pornire din siliciu utilizat. Puritatea revoluționară pe care o arătăm aici rezolvă această problemă.”

Profesorul Jamieson a spus că noile cipuri de computer cu siliciu foarte purificat găzduiesc și protejează qubiții, astfel încât aceștia să poată menține coerența cuantică mult mai mult timp, permițând calcule complexe cu o nevoie mult redusă de corectarea erorilor.

„Tehnica noastră deschide calea către calculatoare cuantice fiabile, care promit schimbări treptate în întreaga societate, inclusiv în inteligența artificială, date și comunicații securizate, proiectarea de vaccinuri și medicamente și utilizarea energiei, logistică și producție. „, a spus el.

Siliciul – realizat din nisip de plajă – este materialul cheie pentru industria actuală a tehnologiei informației, deoarece este un semiconductor abundent și versatil: poate acționa ca un conductor sau un izolator al curentului electric, în funcție de pe care i se adaugă alte elemente chimice.

„Alții experimentează cu alternative, dar credem că siliciul este candidatul principal pentru cipuri de computer cuantice care vor permite coerența durabilă necesară pentru calcule cuantice fiabile”, profesorul Jamieson a spus.

„Problema este că, în timp ce siliciul natural este mai ales izotopul dorit de siliciu-28, există și aproximativ 4,5% siliciu-29. Siliciul-29 are un neutron suplimentar în nucleul fiecărui atom care acționează ca un mic magnet necinstiți, distrugând coerența cuantică și creând erori de calcul”, a spus el.

Cercetătorii au direcționat un fascicul concentrat, de mare viteză, de siliciu-28 pur către un cip de siliciu, astfel încât siliciul-28 a înlocuit treptat atomii de siliciu-29 din cip, reducând siliciul-29 de la 4,5% la două părți pe milion (0,0002 la sută).

„Vestea grozavă este să purificăm siliciul la acest nivel, acum putem folosi o mașină standard – un implantator de ioni – pe care l-ai găsi în orice laborator de fabricare a semiconductorilor, adaptat la o configurație specifică pe care am proiectat-o”, a spus profesorul Jamieson.

În cercetările publicate anterior cu Centrul de excelență ARC pentru calculul cuantic și tehnologia comunicațiilor, Universitatea din Melbourne a stabilit – și încă deține – lumea înregistrarea pentru coerența unui singur qubit de 30 de secunde folosind siliciu care a fost mai puțin purificat. Treizeci de secunde reprezintă timp suficient pentru a finaliza calcule cuantice complexe, fără erori.

Profesorul Jamieson a spus că cele mai mari calculatoare cuantice existente au mai mult de 1.000 de qubiți, dar erorile au apărut în câteva milisecunde din cauza pierderii coerenței.

„Acum că putem produce siliciu-28 extrem de pur, următorul nostru pas va fi să demonstrăm că putem susține coerența cuantică pentru mulți qubiți simultan. Un computer cuantic de încredere cu doar 30 de qubiți ar depăși puterea supercalculatoarelor de astăzi pentru unele aplicații”, a spus el.

Un raport din 2020 al CSIRO din Australia a estimat că calculul cuantic din Australia are potențialul de a crea 10.000 de locuri de muncă și 2,5 miliarde de dolari în venituri anuale până în 2040.

„Nostru cercetarea ne duce mult mai aproape de realizarea acestui potențial”, a spus profesorul Jamieson.

(Fluierul)