Ερευνητές από τα πανεπιστήμια Stanford, Chicago και το SLAC National Accelerator Laboratory σχεδίασαν μια νέα συσκευή που λειτουργεί ως κβαντική μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM).
Η ανάπτυξη αυτή, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature Physics», ανοίγει τον δρόμο για υπεραγώγιμους κβαντικούς υπολογιστές με διαχωρισμένα στοιχεία μνήμης και επεξεργασίας, περιορίζοντας δραστικά τις απαιτήσεις σε καλωδιώσεις και ηλεκτρονικό εξοπλισμό.
Η αρχιτεκτονική της νέας συσκευής
Στους σημερινούς υπεραγώγιμους κβαντικούς υπολογιστές, κάθε qubit λειτουργεί ταυτόχρονα ως επεξεργαστής και ως μέσο αποθήκευσης, γεγονός που δυσχεραίνει την κλιμάκωση των συστημάτων. Η νέα σχεδίαση εισάγει μια ενδιάμεση κοιλότητα ως απομονωτή (buffer) ανάμεσα στον επεξεργαστή transmon και σε μια αλουμινένια κοιλότητα πολλαπλών λειτουργιών, η οποία διαθέτει επτά ξεχωριστές κυψέλες αποθήκευσης.
Ο διαχωρισμός αυτός εμποδίζει τις ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις του επεξεργαστή με τη μνήμη, διατηρώντας τη συνοχή των αποθηκευμένων κβαντικών καταστάσεων.
Μηχανισμός λειτουργίας και επιδόσεις
Η επιλογή μιας συγκεκριμένης κυψέλης μνήμης γίνεται με τη διοχέτευση ενός σήματος ελέγχου στη κατάλληλη συχνότητα. Η διαδικασία μεταφέρει την κβαντική κατάσταση από την επιλεγμένη κυψέλη στον απομονωτή μέσα σε μισό μικροδευτερόλεπτο, επιτρέποντας στον επεξεργαστή να εκτελέσει την υπολογιστική διεργασία χωρίς να επηρεάζονται οι υπόλοιπες έξι κυψέλες.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι κάθε διεργασία προσπέλασης παρουσιάζει μέσο όρο σφάλματος περίπου 1.2%, επίπεδο που κρίνεται ικανοποιητικό για την εφαρμογή τεχνικών διόρθωσης σφαλμάτων.
Προοπτικές για την κβαντική τεχνολογία
Η δυνατότητα ενός μόνο επεξεργαστή να διαχειρίζεται πολλαπλές κυψέλες μνήμης προσφέρει μια βιώσιμη λύση για την αύξηση της χωρητικότητας των κβαντικών υπολογιστών. Οι ερευνητές επικεντρώνονται πλέον στη βελτίωση των συζευκτών για την περαιτέρω μείωση των παρασιτικών αλληλεπιδράσεων και στο συνδυασμό της διάταξης με αλγόριθμους κβαντικής διόρθωσης σφαλμάτων.