Quantum Datorer: Ny Silicon Chip får oss närmare, säger sin skapare

Andrew Dzurak tycker om att tänka på den stora bilden, även om inte allt har kommit i fokus ännu.

En teknisk professor vid University of New South Wales i Sydney och direktören för Australian National Fabrication Facility, är Dzuraks mål att skapa den första praktiska kvantdatorn. Och han tror att hans lags nyligen avslöjade design för ett kvantdatorkrets skulle kunna utgöra ett viktigt första steg till det målet - och allt bygger på kiselchiparkitekturen som driver dagens datorer.

"Det ger en" vision "eller en" väg "för att bygga en storskalig kvanteprocessor, med de miljarder qubits som kommer att behövas för att lösa ett antal viktiga problem, säger han Omvänd.

Quantum computing är ett förskott som skulle kunna vara de definiera den tekniska prestationen av det 21: a århundradet - förutsatt att vi naturligtvis kan dra av det under de närmaste 83 åren. Det är ingen säkerhet, med tanke på att en fullt fungerande kvantdator skulle behöva ha miljontals kvanta bitar eller qubits på varje chip. De som håller på att utvecklas på platser som Google toppar ut på ca 50 qubits, utan garanti att dessa mönster kan skala uppåt.

Men som Dzurak och hans medforskare förklarar i ett papper publicerat fredag ​​i Naturkommunikation, tror de att deras design kan byggas upp för att inkludera de nödvändiga menagerierna av qubits, vilka utnyttjar kvantvärdighet för att överskrida gränserna för binära och snabbt lösa problem som skulle ta traditionella datorer i miljoner år.

"Det här är en mycket förenklad analogi, men jag antar att du kan säga att det är lite som när moonshotteamet hade en komplett design för hela uppdraget, inklusive raketmotorerna, tidpunkten för scenerna, landningsmodulen, rymdfärgerna, etc ", säger han. "För att förverkliga ett stort projekt måste du ha en vision om hur allt passar ihop, och det är vad vi har som mål att göra med detta papper."

Dzuraks team fokuserar på kiselkvantitetschips, en av de fem huvudkandidaterna för kvantdatorarkitektur. Dess övergripande fördel är att det är en förlängning av kiselchipstekniken som redan används, vilket ger en grov guide för hur man gör qubitsna små nog för att passa miljoner på ett enda chip.

"Jag antar att det är rättvist att säga att jag inte skulle ägna det mesta av mitt livs arbete till kiselkvoter om jag inte trodde att de var rätt väg att gå", säger han, men erkänner förmågan att miniatyrisera dessa qubits kan skapa ytterligare frågor. "Det här är faktiskt en viktig fördel jämfört med andra qubits, eftersom det betyder att du kan packa många fler qubits på ett enda chip, men det skapar också några utmaningar för att få så många kontrolllinjer i en liten volym. Det är delvis en av de viktigaste utmaningarna som vårt papper syftar till att ta itu med."

Det faktum att dessa marker delar så många funktioner med dagens chips betyder också att de kan byggas med hjälp av material som redan är tillgängliga och i bruk. I papperet beskrivs ytterligare hur denna design löser mer tekniska problem som korrigeringsfel i kvartals beräkningar och bygga kretsarna som behövs för att styra och läsa alla de miljoner kvantkomponenterna.

Så hur mycket närmare får vi oss till en riktig, praktisk kvantdator?

"Vi vill börja använda tillverkningsförfarandena för kiselchip för att göra ett litet (säga 10-kvarts) system först - det är mål nummer ett - vilket vi hoppas uppnå i 3 till 5 år, säger Dzurak. "Då vill vi bygga upp en större integrationsnivå, med sikte på att säga 100 qubits på 6-10 år. Vid omkring 100 qubits skulle vi ha en prototyp som då kan fortsätta att skala upp över tiden, men som redan kunde tillämpas på några intressanta problem."

Dzurak säger att tidsplanerna är mycket beroende av hur mycket investeringar hans grupp tar emot. Att realisera lagets vision om en sann kvantdator kommer att ta betydande resurser.Men åtminstone visionen har aldrig varit klarare.

"När jag började detta designarbete ville jag få en visualisering av vad ett komplett" quantum computer chip kan se ut ", säger han. "Det har varit mycket viktigt, eftersom det framhävde både fördelarna med att använda kisel och också utmaningarna att göra en hel kvanteprocessor. Det finns fortfarande mycket verkliga tekniska utmaningar, som kommer att ta hjärnkraft och beslutsamhet att lösa, men nu har vi ett riktigt mål att sträva efter."