Professor Michelle Simmons team vid UNSW Sydney har demonstrerat en kompakt sensor för att komma åt information lagrad i elektronerna hos enskilda atomer – ett genombrott som tar oss ett steg närmare skalbar kvantberäkning i kisel.

Forskningen, genomförs inom Simmons-gruppen vid Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) med Ph.D. student Prasanna Pakkiam som huvudförfattare, publicerades idag i den prestigefyllda tidskriften Fysisk granskning X .

Kvantbitar (eller qubits) gjorda av elektroner som finns på enstaka atomer i halvledare är en lovande plattform för storskaliga kvantdatorer, tack vare deras långvariga stabilitet. Att skapa qubits genom att exakt positionera och kapsla in enskilda fosforatomer i ett kiselchip är ett unikt australiensiskt tillvägagångssätt som Simmons team har varit ledande globalt.

Men att lägga till alla anslutningar och portar som krävs för att skala upp fosforatomarkitekturen skulle vara en utmaning – fram till nu.

"För att övervaka ens en qubit, du måste bygga flera anslutningar och portar runt enskilda atomer, där det inte finns mycket plats, " säger professor Simmons. "Och mer, du behöver högkvalitativa qubits i närheten så att de kan prata med varandra – vilket bara är möjligt om du har så lite grindinfrastruktur runt dem som möjligt."

Jämfört med andra metoder för att göra en kvantdator, Simmons system hade redan en relativt låg portdensitet. Ändå krävde konventionell mätning fortfarande minst 4 grindar per qubit:1 för att kontrollera den och 3 för att läsa den.

Genom att integrera avläsningssensorn i en av kontrollgrindarna har teamet på UNSW kunnat släppa detta till bara två grindar:1 för kontroll och 1 för läsning.

"Vårt system är inte bara mer kompakt, men genom att integrera en supraledande krets kopplad till grinden har vi nu känsligheten att bestämma kvanttillståndet för qubiten genom att mäta om en elektron rör sig mellan två angränsande atomer, ", säger huvudförfattaren Pakkiam.

"Och vi har visat att vi kan göra detta i realtid med bara en mätning - enstaka skott - utan att behöva upprepa experimentet och göra ett genomsnitt av resultaten."

"Detta representerar ett stort framsteg i hur vi läser information inbäddad i våra qubits, ", avslutar Simmons. "Resultatet bekräftar att enkelgrindsavläsning av kvantbitar nu når den känslighet som behövs för att utföra den nödvändiga kvantfelskorrigeringen för en skalbar kvantdator."

Australiens första kvantdatorföretag

Sedan maj 2017, Australiens första kvantdatorföretag, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), har arbetat med att skapa och kommersialisera en kvantdator baserad på en svit av immateriella rättigheter som utvecklats vid Australian Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T).

Samlokaliserad med CQC2T på UNSW Campus i Sydney, SQC investerar i en portfölj av parallella teknologiutvecklingsprojekt ledda av världsledande kvantforskare, inklusive årets australiensare och pristagaren professor Michelle Simmons. Dess mål är att producera en 10-qubit demonstrationsenhet i kisel till 2022 som föregångaren till en kommersiell kiselbaserad kvantdator.

SQC tror att kvantberäkningar i slutändan kommer att ha en betydande inverkan över hela den globala ekonomin, med möjliga tillämpningar inom mjukvarudesign, maskininlärning, schemaläggning och logistisk planering, finansiell analys, börsmodellering, verifiering av mjukvara och hårdvara, klimatmodellering, snabb läkemedelsdesign och testning, och tidig upptäckt och förebyggande av sjukdomar.

Skapat via en unik koalition av regeringar, företag och universitet, SQC konkurrerar med några av de största multinationella tekniska företagen och utländska forskningslaboratorier.

Förutom att utveckla sin egen proprietära teknologi och immateriella rättigheter, SQC kommer att fortsätta att arbeta med CQC2T och andra deltagare i de australiska och internationella Quantum Computing-ekosystemen, att bygga och utveckla en kvantdatorindustri i kisel i Australien och, i sista hand, att ta ut sina produkter och tjänster till globala marknader.