Les ingénieurs font des progrès décisifs dans la conception d’ordinateurs quantiques

Les ingénieurs quantiques de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney ont levé un obstacle majeur empêchant les ordinateurs quantiques de devenir une réalité. Ils ont découvert une nouvelle technologie qui, selon eux, serait capable de contrôler des millions de qubits de spin, les unités d’information de base dans un processeur quantique au silicium.

Jusqu’à présent, les ingénieurs et les scientifiques en informatique quantique ont travaillé avec un modèle de preuve de concept pour les processeurs quantiques en démontrant le contrôle de seulement quelques qubits.

Mais avec leurs dernières recherches publiées aujourd’hui dans progrès scientifiqueL’équipe a trouvé ce qu’elle considère comme une « pièce de puzzle manquante » dans l’architecture d’un ordinateur quantique qui devrait permettre le contrôle des millions de qubits nécessaires pour effectuer des calculs inhabituellement complexes.

Le Dr Jared Pla, membre du corps professoral de la School of Electrical and Communications Engineering de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, a déclaré que son équipe de recherche voulait résoudre un problème qui a intrigué les informaticiens quantiques pendant des décennies – comment contrôler non seulement quelques-uns, mais des millions de qubits sans occuper un espace précieux. Avec plus de fils, qui consomme plus d’électricité et génère plus de chaleur.

« Jusqu’à ce point, le contrôle des bits de spin de l’électron reposait sur nous pour conduire des champs magnétiques micro-ondes en plaçant un courant à travers un fil à côté de qubit, dit le Dr.

«Cela pose de réels défis si nous voulons atteindre les millions de qubits dont un ordinateur quantique aura besoin pour résoudre des problèmes d’importance mondiale, tels que la conception de nouveaux vaccins.

« Premièrement, les champs magnétiques diminuent très rapidement avec la distance, nous ne pouvons donc contrôler que les qubits les plus proches du fil. Cela signifie que nous devrons ajouter de plus en plus de fils car nous apportons de plus en plus de qubits, ce qui va prendre beaucoup de biens immobiliers sur la puce.

Étant donné que la puce doit fonctionner à des températures aussi froides que -270 degrés Celsius, le Dr Blah dit que l’insertion de plus de fils générerait beaucoup de chaleur dans la puce, interférant avec la fiabilité des qubits.

dit le docteur.

lampe de poche

La solution à ce problème impliquait une ré-imagination complète de la structure de la plaquette de silicium.

Au lieu d’avoir des milliers de fils de contrôle sur la même puce de silicium de petite taille qui doit également contenir des millions de qubits, l’équipe a envisagé la possibilité de créer champ magnétique Du haut de la puce qui peut traiter tous les qubits simultanément.

Les scientifiques en informatique quantique ont d’abord évoqué l’idée de contrôler tous les qubits simultanément dans les années 1990, mais jusqu’à présent, personne n’a trouvé de moyen pratique de le faire, jusqu’à présent.

dit le docteur. . Armée populaire de libération chinoise.

Le Dr Pla et son équipe ont introduit un nouveau composant directement sur une plaquette de silicium – un prisme de cristal appelé résonateur isolant. Lorsque les micro-ondes sont dirigées vers le résonateur, elles focalisent la longueur d’onde des micro-ondes à une taille beaucoup plus petite.

« Le résonateur diélectrique réduit la longueur d’onde à moins d’un millimètre, nous avons donc maintenant une conversion très efficace de l’énergie micro-ondes en champ magnétique qui contrôle la rotation de tous les qubits.

« Il y a deux innovations principales ici. La première est que nous n’avons pas besoin d’investir beaucoup d’énergie pour obtenir un champ moteur puissant pour les qubits, ce qui signifie essentiellement que nous ne générons pas beaucoup de chaleur. La seconde est que le champ est si uniforme sur toute la puce que des millions de qubits connaissent tous le même niveau de contrôle. « 

Équipe quantique

Bien que le Dr Pla et son équipe aient développé un prototype de la technologie du résonateur, ils n’avaient pas de qubits de silicium à tester. Il s’est donc entretenu avec son collègue ingénieur de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, le professeur Andrew Dzurak, Scientia, dont l’équipe au cours de la dernière décennie a démontré la première et la plus précise logique quantique en utilisant la même technique de fabrication de silicium utilisée pour fabriquer des puces informatiques conventionnelles.

Le professeur Dzurak déclare : « J’ai été absolument stupéfait lorsque Jared m’a proposé sa nouvelle idée, et nous nous sommes immédiatement mis au travail pour voir comment nous pouvions la combiner avec les puces qubit que mon équipe développait.

« Nous avons mis deux de nos meilleurs doctorants sur le projet, Ansar Fahaboglu de mon équipe et James Slack Smith de Jared.

« Nous avons été ravis lorsque l’expérience s’est avérée fructueuse. Cette question de savoir comment contrôler des millions de qubits m’inquiète depuis longtemps, car elle a été un obstacle majeur à la construction d’un ordinateur quantique à grande échelle. »

Les ordinateurs quantiques qui utilisent des milliers de qubits pour résoudre des problèmes d’importance commerciale sont maintenant dans moins d’une décennie. En outre, ils devraient apporter une nouvelle puissance de feu pour résoudre les défis mondiaux et développer de nouvelles technologies en raison de leur capacité à modéliser des systèmes très complexes.

Le changement climatique, la conception de médicaments et de vaccins, le décodage et l’intelligence artificielle bénéficieront tous de la technologie de l’informatique quantique.

je regarde devant

Ensuite, l’équipe prévoit d’utiliser cette nouvelle technologie pour simplifier la conception des processeurs quantiques au silicium à court terme.

« Supprimer Run-ébrécher Le fil de commande libère de l’espace pour des qubits supplémentaires et tous les autres composants électroniques nécessaires à la construction d’un processeur quantique. « Cela rend la tâche de passer à l’étape suivante de production d’appareils avec des dizaines de qubits beaucoup plus simple », explique le professeur Dzurak.

« Bien qu’il y ait des défis d’ingénierie à résoudre avant qu’un million de processeurs qubit puissent être créés, nous sommes enthousiasmés par le fait que nous avons désormais un moyen de les contrôler », déclare le Dr.