Nye siliciumkvantebits kunne være grundlaget for kvanteinternettet

Advertisement

Kvantecomputerforskning er en gave, der bliver ved med at bringe. Da grupper af fysikere, dataloger og ingeniører rundt om i verden stræber efter at skabe de første skalerbare, fungerende kvantecomputere og kvanteinternettet, opstår forskellige arkitekturer.

Forskere ved Canadas Simon Fraser University har taget et nyt kig på silicium – et element, der allerede er i centrum af moderne computerchips – for at skabe kvantebits eller “qubits”.

Kvantemaskiner, der er designet til at revolutionere databehandling, lover bedre, hurtigere og mere effektive enheder, der kan lagre multidimensionelle beregningsdata af meget større kompleksitet end en enkelt bit.

For at gøre dette vil kvantecomputere bruge mærkelige fænomener forbundet med kvanteverdenen af ​​partikler, atomer og molekyler. I stedet for blot at bruge 0’ere og 1’ere til at gemme information, kunne transistorer i kvantecomputere lagre 0’ere, 1’ere eller en blanding af 0’ere og 1’ere for ekstra processorkraft.

Alt dette er godt, men hvordan laver man en kvantetransistor? Nå, der er mange embryonale maskiner, der bruger forskellige tilgange.


Læs mere: Australske forskere udvikler en sammenhængende kvantesimulator


Én tilgang offentliggjort i Natur, er at bruge “fotonspin”, skabt af defekter i silicium, som en transistor. Spin er en iboende egenskab af partikler som fotoner og er en type vinkelmomentum. Partikler kan opfattes som roterende, som en top – partikler enten spinder op eller ned (som at vende en top på hovedet). Således kan op og ned oversættes til etere og nuller.

sfu-quantum-com-team
Silicon Quantum Technology Group ved Simon Fraser University. Kredit: Photonic.

Holdet ved Simon Fraser University’s Silicon Quantum Technology Laboratory observerede 150.000 foton-spin-qubits i deres eksperimenter. Qubits er blandt de mest stabile og langlivede i verden.

sfu-kvante-komp-mosaik
Data, der afslører den første optiske observation af spins i silicium. Scanning af et spin med to lasere afslører karakteristiske centrale toppe opdelt langs spindet; her er de eksperimentelle data visualiseret som et flisebelagt heatmap. Kredit: Photonic.

Forskerne skabte fotoniske spin-qubits i “T-centre” – defekter forårsaget af udskiftning af et siliciumatom med to carbonatomer og et brintatom i en matrix af siliciumatomer. Defekten er således også relativt godt beskyttet mod ydre påvirkninger på grund af dens nedsænkning i siliciummatrixen. T-centret udsender en foton (lyspartikel).

“Dette arbejde er den første isolerede måling af enkelte T-centre – og faktisk den første måling af et enkelt spin i silicium – der er blevet udført med optiske målinger alene,” siger projektleder Stephanie Simmons, formand for den canadiske forskning centrum. i Silicon Quantum Technologies.

“En T-center-lignende emitter, der kombinerer højtydende spin-qubits og optisk fotongenerering, er ideel til at bygge skalerbare distribuerede kvantecomputere, fordi de kan behandle og udveksle data sammen i stedet for at forbinde to forskellige kvanteteknologier. én til behandling og én til kommunikation,” siger Simmons.

Holdet mener, at dette kunne anvendes til at danne et “kvanteinternet”. Fordelen ved T-centre er, at de udsender lys med samme bølgelængde som nutidens fiberoptiske kommunikations- og netværksudstyr.

Skiver, der bruges til at måle silicium kvanteberegnings-qubits
Optisk mikroskopbillede af en række integrerede fotoniske enheder, der bruges til at udføre den første optiske enkelt-spin-måling i silicium. Titusindvis af sådanne “mikrovaskere” blev lavet på en enkelt fotonisk siliciumchip. Kredit: Photonic.

“Med T-centre kan du skabe kvanteprocessorer, der interagerer med andre processorer i naturen,” forklarer Simmons. “Når din silicium-qubit kan kommunikere ved at udsende fotoner i det samme område, som bruges i datacentre og fiberoptiske netværk, får du de samme fordele ved at forbinde de millioner af qubits, der kræves til kvanteberegning.”

Brugen af ​​silicium i kvantecomputere er et attraktivt perspektiv, da den globale halvlederindustri allerede er i stand til at producere billige, højpræcise siliciumcomputerchips i stor skala.

“Ved at finde en måde at skabe kvantecomputerprocessorer i silicium kan du drage fordel af alle de år med udvikling, viden og infrastruktur, der bruges til at fremstille konventionelle computere, i stedet for at skabe en helt ny kvantefremstillingsindustri,” tilføjer Simmons. “Dette repræsenterer en næsten uoverstigelig konkurrencefordel i det internationale kapløb om kvantecomputeren.”



Add Comment