Ερευνητές του QuTech στο Ντελφτ της Ολλανδίας ανέπτυξαν μια νέα αρχιτεκτονική chip που μπορεί να διευκολύνει τη δοκιμή και την κλιμάκωση κβαντικών επεξεργαστών βασισμένων σε spin qubits ημιαγωγών.
Η πλατφόρμα ονομάζεται QARPET (Qubit-Array Research Platform for Engineering and Testing) και επιτρέπει τη μελέτη εκατοντάδων qubits στο ίδιο δοκιμαστικό chip υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας κβαντικών υπολογιστών.
Πολύπλοκη κατασκευή με τεχνολογία αιχμής
Η δομή του chip εμφανίζεται σχεδόν υφαντή στο μικροσκόπιο, καθώς περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό διασταυρούμενων ηλεκτροδίων. Η κατασκευή αποτέλεσε ουσιαστικά δοκιμή των ορίων της νανοκατασκευής. Όπως ανέφερε ο μηχανικός Alberto Tosato, αρχικά δεν ήταν βέβαιο ότι το σχέδιο θα λειτουργούσε, όμως η επιτυχής λειτουργία του σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες αποτέλεσε σημαντική επιβεβαίωση.
Νέα προσέγγιση στη μέτρηση qubits
Αντί να κατασκευάζονται και να δοκιμάζονται qubits ξεχωριστά, το QARPET χρησιμοποιεί ένα σύστημα «πλακιδίων». Κάθε πλακίδιο περιλαμβάνει δύο spin qubits και έναν αισθητήρα φορτίου, δημιουργώντας μια αυτόνομη μονάδα που μπορεί να μετρηθεί ανεξάρτητα. Τα πλακίδια συνδέονται σε διάταξη crossbar, παρόμοια με εκείνη της μνήμης υπολογιστών, επιτρέποντας επιλογή συγκεκριμένης μονάδας χωρίς περίπλοκη καλωδίωση.
Μεγάλη πυκνότητα qubits και αποδοτικός έλεγχος
Το πρώτο chip επίδειξης περιλαμβάνει πλέγμα 23 x 23 πλακιδίων, με δυνατότητα φιλοξενίας έως 1.058 spin qubits. Παρά την υψηλή πυκνότητα, απαιτούνται μόλις 53 γραμμές ελέγχου, γεγονός που δείχνει την αποδοτικότητα της αρχιτεκτονικής. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι μπορεί να επιτευχθεί πυκνότητα περίπου δύο εκατομμυρίων qubits ανά τετραγωνικό χιλιοστό.
Οι επιστήμονες εξέτασαν μέρος του chip με τεχνικές υψηλής συχνότητας, εξάγοντας δεδομένα όπως τάσεις κατωφλίου, επίπεδα θορύβου και διαφορές στη δημιουργία κβαντικών σημείων. Τα αποτελέσματα έδειξαν υψηλή ομοιομορφία αλλά και μικρές διαφοροποιήσεις που σχετίζονται με τα υλικά και τη διαδικασία κατασκευής.
Βήμα προς επεκτάσιμους κβαντικούς υπολογιστές
Η πλατφόρμα QARPET είναι συμβατή με υπάρχουσες τεχνολογίες ημιαγωγών και μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικά υλικά, όπως πυρίτιο. Επιπλέον, επιτρέπει αυτοματοποιημένη ρύθμιση και πιθανή αξιοποίηση τεχνητής νοημοσύνης για τη βελτιστοποίηση συσκευών.
Οι ερευνητές θεωρούν ότι η επιτυχής λειτουργία ενός τόσο πυκνού και σύνθετου chip αποτελεί σημαντικό ορόσημο, δείχνοντας ότι ήδη είναι δυνατή η κατασκευή και μελέτη μεγάλων συστοιχιών qubits που θα αποτελέσουν τη βάση των μελλοντικών κβαντικών υπολογιστών.