Ett team vid University of Sydney och Microsoft, i samarbete med Stanford University i USA, har miniatyriserat en komponent som är avgörande för att skala upp kvantberäkningen. Arbetet utgör den första praktiska tillämpningen av en ny fas av materia, upptäcktes första gången 2006, de så kallade topologiska isolatorerna.

Utöver materiens välbekanta faser - fast, flytande, eller gastopologiska isolatorer är material som fungerar som isolatorer i huvuddelen av sina strukturer men har ytor som fungerar som ledare. Manipulering av dessa material ger en väg för att konstruera kretsarna som behövs för interaktionen mellan kvant- och klassiska system, avgörande för att bygga en praktisk kvantdator.

Teoretiskt arbete som ligger till grund för upptäckten av denna nya fas av materia tilldelades 2016 Nobelpriset i fysik.

Sydney -lagets komponent, myntade en mikrovågscirkulator, fungerar som en trafik rondell, se till att elektriska signaler bara sprider sig i en riktning, medsols eller motsols, såsom krävs. Liknande enheter finns i mobiltelefonbasstationer och radarsystem, och kommer att krävas i stora mängder vid konstruktion av kvantdatorer. En stor begränsning, tills nu, är att typiska cirkulatorer är skrymmande föremål på din hand.

Denna uppfinning, rapporterade Sydney -teamet idag i tidningen Naturkommunikation , representerar miniatyriseringen av den gemensamma cirkulationsanordningen med en faktor 1000. Detta har gjorts genom att utnyttja egenskaperna hos topologiska isolatorer för att sänka ljusets hastighet i materialet. Denna minaturisering banar väg för många cirkulatorer att integreras på ett chip och tillverkas i de stora mängder som kommer att behövas för att bygga kvantdatorer.

Ledaren för Sydney -laget, Professor David Reilly, förklarade att arbetet med att skala upp kvantberäkningar driver genombrott inom relaterade områden av elektronik och nanovetenskap.

"Det handlar inte bara om qubits, de grundläggande byggstenarna för kvantmaskiner. Att bygga en storskalig kvantdator kommer också att behöva en revolution inom klassisk databehandling och enhetsteknik, "Sade professor Reilly.

"Även om vi hade miljoner qubits idag, det är inte klart att vi har den klassiska tekniken för att kontrollera dem. Att realisera en uppskalad kvantdator kommer att kräva uppfinning av nya enheter och tekniker vid det kvantklassiska gränssnittet. "

Huvudförfattare till tidningen och doktorand Alice Mahoney sa:"Sådana kompakta cirkulationspumpar kan implementeras i en mängd olika kvanthårdvaruplattformar, oavsett vilket kvantsystem som används."

Det är fortfarande några år kvar till en praktisk kvantdator. Forskare förväntar sig att kunna utföra för närvarande olösliga beräkningar med kvantdatorer som kommer att ha applikationer inom områden som kemi och läkemedelsdesign, klimat- och ekonomisk modellering, och kryptografi.