Nội dung bài viết
Thật khó để kết hợp giữa sản xuất điện tử và hình học linh hoạt. Để điện toán lượng tử hoạt động, cuối cùng chúng ta sẽ cần rất nhiều qubit chất lượng cao mà chúng ta có thể liên kết với nhau thành các nhóm qubit logic sửa lỗi.
Các công ty đang thực hiện những cách tiếp cận khác nhau để đạt được điều đó, nhưng bạn có thể coi chúng được chia thành hai loại chính. Một số công ty đang tập trung vào việc lưu trữ các qubit trong thiết bị điện tử mà chúng tôi có thể sản xuất, đảm bảo rằng chúng tôi có thể có được nhiều thiết bị.
Những người khác đang sử dụng các nguyên tử hoặc photon làm qubit, mang lại hành vi nhất quán hơn nhưng đòi hỏi nhiều phần cứng phức tạp để quản lý. Một lợi thế của các hệ thống sử dụng nguyên tử hoặc ion là chúng ta có thể di chuyển chúng xung quanh.
Điều này cho phép chúng tôi gắn bất kỳ qubit nào với bất kỳ qubit nào khác, điều này mang lại sự linh hoạt cao cho việc sửa lỗi. Ngược lại, các hệ thống dựa trên thiết bị điện tử bị khóa vào bất kỳ cấu hình nào mà chúng được kết nối trong quá trình sản xuất.
Nhưng tuần này, một bài báo mới đã xem xét nghiên cứu dường như mang lại kết quả tốt nhất cho cả hai thế giới. Nó hoạt động với các chấm lượng tử, có thể được sản xuất hàng loạt và lưu trữ một qubit dưới dạng spin của một electron.
Công trình cho thấy có thể di chuyển các qubit quay này s từ chấm lượng tử này sang chấm lượng tử khác mà không làm mất thông tin lượng tử. Khả năng di chuyển chúng xung quanh có khả năng tạo ra loại kết nối bất kỳ với bất kỳ loại kết nối nào mà chúng ta thấy với các nguyên tử và ion.
Một chấm lượng tử có thể được coi là một cách điều khiển hành vi của electron. Các chấm lượng tử vật lý giam giữ các electron trong một không gian đủ nhỏ để nhỏ hơn bước sóng của các electron.
Với kích thước của chúng, có thể dồn rất nhiều chúng vào một không gian nhỏ gọn; chúng cũng có thể được tích hợp vào các quy trình sản xuất chip.
Điều này đã cho phép chúng tôi tạo ra những con chip có nhiều chấm lượng tử, cùng với các cổng và các thiết bị khác cần thiết để kiểm soát hành vi của chúng. Để sử dụng một trong số chúng làm qubit, các thiết bị điện tử này được sử dụng để nạp một electron dư vào chấm lượng tử.
Các electron có một tính năng gọi là spin và có thể điều khiển tính năng này để qubit có thể ở trạng thái spin-up hoặc spin-down hoặc chồng chất của cả hai.
Trong khi các qubit dựa trên electron có xu hướng tương đối mỏng manh – môi trường rất dễ đánh bật các electron xung quanh một chút – thì các chấm lượng tử có xu hướng giữ chúng cách ly với môi trường đủ để chúng hoạt động khá tốt.
Giống như bất kỳ sản phẩm nào khác được sản xuất chip, hệ thống dây điện kết nối các chấm lượng tử được khóa cố định trong quá trình sản xuất chip.
Vì các sơ đồ sửa lỗi khác nhau yêu cầu các kết nối khác nhau giữa các qubit, điều này buộc chúng tôi phải cam kết thực hiện các sơ đồ sửa lỗi cụ thể trong quá trình sản xuất. Nếu một sơ đồ tốt hơn được phát triển sau khi một con chip được tạo ra thì có lẽ không thể chuyển sang sơ đồ đó.
Các thuật toán ít phức tạp hơn có thể được hưởng lợi từ các sơ đồ sửa lỗi đơn giản hơn, đòi hỏi ít chi phí hơn, nhưng chúng tôi sẽ không thể chuyển đổi sơ đồ bằng các chip này.
Vì vậy, các chấm lượng tử dường như là điển hình cho sự đánh đổi mà chúng ta đang phải đối mặt với điện toán lượng tử: chúng ta dễ dàng tạo ra nhiều chấm lượng tử hơn và tất cả phần cứng cần thiết để thao tác với chúng, nhưng dường như chúng không thể hưởng lợi từ tính linh hoạt mà các loại qubit khác có.
Toàn bộ quan điểm của bài báo mới này là để chứng minh rằng điều này không nhất thiết đúng. Công việc mới được thực hiện với sự cộng tác giữa các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Delft và công ty khởi nghiệp QuTech.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một con chip có một dãy các chấm lượng tử tuyến tính và họ bắt đầu với các spin electron đơn lẻ ở mỗi đầu. Sau đó, với các tín hiệu điện thích hợp, chúng kết hợp Bạn có thể chuyển các vòng quay sang điểm tiếp theo, dần dần đưa chúng lại gần nhau hơn.
(Và, dần dần, chúng tôi muốn nói ở đây là một phần của giây, nhưng tương đối chậm so với sự chuyển mạch cơ bản trong thiết bị điện tử.) Khi các electron ở đủ gần, các hàm sóng spin chồng lên nhau, cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các cổng hai qubit trên chúng.
Những thao tác này có thể được sử dụng để làm vướng víu hai spin và do đó cần thiết để xây dựng các qubit logic sửa lỗi; những cổng này cũng cần thiết để thực hiện các phép tính.
Sau đó, các nhà nghiên cứu xác nhận rằng họ có thể di chuyển các electron trở lại vị trí ban đầu, sau đó các phép đo xác nhận rằng spin của chúng bị vướng víu.
Và vì dịch chuyển tức thời lượng tử cũng yêu cầu cổng hai qubit nên họ đã chứng minh rằng quy trình này có thể được sử dụng cho dịch chuyển tức thời.
Dịch chuyển tức thời có thể nâng cao loại tính di động được cung cấp bằng cách di chuyển các qubit xung quanh, vì nó có thể được sử dụng để di chuyển các trạng thái xung quanh sau khi các qubit đã được tách ra rộng rãi.
(Lưu ý rằng dịch chuyển tức thời lượng tử liên quan đến việc chuyển trạng thái lượng tử từ một qubit sang một qubit ở xa; không có vật thể nào được di chuyển vật lý trong quá trình này.) Điều này được thực hiện trên một thiết bị thử nghiệm nhỏ có lẽ là chưa được sử dụng. tối ưu hóa cho hiệu suất.
Nhưng các hoạt động đã được thực hiện với độ trung thực khá hợp lý. Các cổng hai qubit được thực hiện thành công trong 99% thời gian, trong khi dịch chuyển tức thời thành công khoảng 87%.
Chúng tôi cần phải tăng cả hai tỷ lệ phần trăm đó trước khi sử dụng tỷ lệ này để tính toán, nhưng hầu hết các công ty phần cứng luôn có ý tưởng về những điều bổ sung mà họ có thể làm để cải thiện hiệu suất. Các nhà nghiên cứu trình bày ngắn gọn những điều mà họ hình dung về khả năng này.
Trong hệ thống này, có một loạt vùng lưu trữ chuyên dụng nơi qubit có thể tồn tại khi chúng không được sử dụng cho các hoạt động.
Khi cần, các vòng quay sẽ được bật ra trên các rãnh đưa chúng đến “vùng tương tác”, nơi chúng có thể được điều khiển—sự vướng víu và các cổng một và hai qubit sẽ xảy ra ở đây. Và các đầu nối sẽ cho phép các qubit di chuyển trên các rãnh khác nhau để cho phép tương tác ở khoảng cách xa hơn.
Đó là một sơ đồ nghe có vẻ rất giống với sơ đồ được đề xuất cho các nguyên tử trung tính và các ion bị bẫy. Nhưng nó cũng mang lại những lợi ích của việc sản xuất số lượng lớn và phần cứng điều khiển rất nhỏ gọn.
Điều đó có nghĩa là thiết bị được sử dụng ở đây chỉ đơn giản là có một hàng sáu chấm lượng tử, vì vậy đây có thể là một chặng đường dài. y tắt.
Công ty cũng có một con đường phải đi trước khi hiệu suất đạt đến mức mà chúng tôi có thể dựa vào các thiết bị này để thực hiện một kế hoạch sửa lỗi phức tạp. Điều đó có thể là do các chấm lượng tử chưa được phát triển đến mức độ phức tạp như các transmon được các công ty như Google và IBM sử dụng.
Nhưng các công ty khác, bao gồm cả Intel, đang nghiên cứu chúng, vì vậy có khả năng cuối cùng sẽ có những cải tiến hơn nữa. Tuy nhiên, liệu bất kỳ điều nào trong số này có đủ để thúc đẩy điều này so với các công nghệ cạnh tranh hay không, có thể phải mất vài năm mới rõ ràng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.