Australijscy naukowcy byli w stanie obniżyć poziom błędów w kubitach półprzewodnikowych, komórkach elementarnych komputera kwantowego, do poziomu 0,04%. To toruje drogę do stworzenia uniwersalnych komputerów, mówią fizycy w czasopiśmie Nature Electronics.
Od kilku lat Dzurak i jego koledzy z uniwersytetu opracowują komponenty potrzebne do złożenia pełnowartościowego półprzewodnikowego komputera kwantowego. Tak więc w 2010 roku stworzyli kwantowy tranzystor jednoelektronowy, aw 2012 - pełnoprawny kubit krzemowy oparty na atomie fosforu-31.
W 2013 roku zmontowali nową wersję kubitu, która umożliwiała odczytywanie z niego danych z niemal 100% dokładnością i pozostawała stabilna przez bardzo długi czas. W październiku 2015 roku Dzurak i jego zespół wykonali pierwszy krok w kierunku stworzenia pierwszego krzemowego komputera kwantowego, łącząc dwa kubity w moduł, który wykonuje logiczną operację LUB.
Pozostał tylko jeden krok - nauczyć się łączyć podobne kubity przy użyciu tych samych technologii półprzewodnikowych, co same komórki pamięci kwantowej. Było to niezwykle trudne, ponieważ „zwykłe” kubity półprzewodnikowe mogą oddziaływać ze sobą tylko na niewielką odległość.
Po rozwiązaniu tego problemu dwa lata temu australijscy naukowcy zastanawiali się, jak „skleić” kubity w jedną całość i nauczyć się je „drukować” tak, jak robią to producenci elektroniki podczas tworzenia mikroukładów. Owocem tych przemyśleń były pierwsze plany stworzenia kwantowych „mikroukładów”, przedstawione przez zespół Dzurak w grudniu 2017 roku.
Pomysły te, jak zauważył Dzurak, jego zespołowi udało się zrealizować jesienią ubiegłego roku, wykorzystując tzw. Technologię CMOS - jedną z najpopularniejszych i sprawdzonych metod wytwarzania mikroukładów. Naukowcy wykorzystali go do „wydrukowania” wszystkich komponentów kubitów, a także emiterów mikrofal, kropek kwantowych i tranzystorów potrzebnych do prawidłowego zapisania nowych danych w kwantowej komórce pamięci.
Po rozwiązaniu tego problemu fizycy pomyśleli o kolejnym dużym kroku - aby stworzyć prawdziwie uniwersalny komputer kwantowy, musieli sprawić, by ich kubity działały prawie idealnie, popełniając błędy nie więcej niż 1% czasu. W takim przypadku resztę problemów w ich pracy można wyeliminować za pomocą specjalnych algorytmów korekcji błędów i logicznych, a nie fizycznych kubitów.
Jak zauważa badacz, istnieją dwa sposoby na poprawę dokładności takich urządzeń - poprzez ulepszenie konstrukcji samych komórek pamięci oraz zmianę sposobu odczytywania i zapisywania w nich informacji. Australijscy fizycy wybrali drugą ścieżkę, wykorzystując algorytmy i techniki opracowane przez ich teoretycznych kolegów z Uniwersytetu w Sydney.
Film promocyjny:
Pomogli Zuraku i jego zespołowi zmienić strukturę impulsów sterujących mikrofalami w taki sposób, że liczba błędów podczas odczytu lub zapisu danych zmniejszyła się o kilka rzędów wielkości. W rezultacie naukowcy nie tylko przekroczyli „barierę korekcji błędów”, ale także ominęli kubity nadprzewodzące i „atomowe”, które wcześniej uważano za bardziej obiecujące w tworzeniu złożonych maszyn kwantowych.
W najbliższej przyszłości obie grupy badaczy planują przeprowadzić podobne pomiary na kombinacjach kilku kubitów i mikroukładów, które zostały już utworzone przez Dzuraka i jego zespół w przeszłości. Naukowcy mają nadzieję, że uda im się obniżyć ogólny poziom błędów do poziomu, który pozwoli na stworzenie pełnoprawnego komputera kwantowego w nadchodzących latach.