Australialaisen University of New South Walesin (UNSW) tutkijat ovat osoittaneet, että kvanttitietokone voidaan rakentaa piipohjaisista siruista. Tutkijat eri puolilla maailmaa ovat etsineet ratkaisua, jolla nykyisenkaltaisilla prosessoreilla voitaisiin käsitellä kvanttioperaatioita.
UNSW:n mukaan kvanttitietokone voidaan valmistaa käyttämällä vakiintuneita teollisuusprosesseja ja komponentteja. Suunnittelun ovat laatineet professori Andrew Dzurak UNSW:stä ja tohtori Menno Veldhorst, joka oli tutkijana UNSW:ssä, kun konsepti laadittiin. Hän on nykyään kvanttiteknologian tiimijohtaja QuTech -tutkimusorganisaatiossa.
Veldhorstin mukaan uuden suunnittelun voima on se, että ensimmäistä kertaa se luo mahdollisen teknisen suunnittelupolun kohti miljoonien kvanttibittien luomista.
- Suunnitelulmme sisältää tavanomaisia pii-transistorikytkimiä, jotka kytkeytyvät päälle (on) kubittien välillä valtavassa kaksidimensionaalisessa ryhmässä. Ne käyttävät ruudukkomaista "sanan" ja "bitin" valinnan protokollaa, joka on samanlainen kuin bittien valitseminen tavanomaisessa tietokoneen muistisirussa", tarkentaa Vendhorst.
Tutkijat osoittivat, että transistoripohjaista ohjauspiiriä yhdessä varauksen tallentavien elektrodien kanssa voidaan käyttää ajamaan tiheää ja skaalattavaa kaksiulotteista kubittijärjestelmää. Kubitit määritellään kvanttipisteisiin rajatun yksittäisen elektronin spinin tilassa, joita kytketään vaihtokytkentöjen kautta ja hallitaan mikroaaltokaviteetilla sekä mitataan porttiperusteisen hajottavan luennan kautta.
Kvanttitietokoneissa on käytettävä virheenkorjauskoodeja, joka tarvitsee lukuisia kubitteja yksittäisen datapalan tallentamiseksi. UNSW:n suunnittelu sisältää uudenlaisen virheenkorjauskoodin, joka on suunniteltu nimenomaan spin-kubiteille ja operoi miljoonien kubittien kanssa.
- Odotamme, että tähän malliin tarvitaan edelleen muutoksia, kun siirrymme kohti valmistusmenetelmää, mutta kaikki kvanttilaskennassa tarvittavat keskeiset komponentit ovat nyt integroitavissa yhdelle sirulle, sanoo Andrew Dzurak.
Kaksi vuotta sitten Dzurak ja Veldhorst osoittivat ensimmäisinä, kuinka kvanttilogiikkalaskelmat voitiin tehdä piipiirissä luomalla kahden kubitin logiikkaportin. Tämä on keskeinen kvanttitietokoneen rakennelohko.
UNSW-tiimi on saanut 83 miljoonan dollarin rahoituksen kehittääkseen vuoteen 2022 mennessä 10 kubitin prototyypin piille integroidusta kvanttipiiristä. Toteutuessaan tämä olisi ensimmäinen askel piille rakennetusta kvanttitietokoneesta.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 21.12.2017
