Forskningssamarbete mellan UNSW och University of Sydney har övervunnit ett grundläggande hinder för att bygga kvantdatorer i kisel, öppnar vägen för att vidareutveckla maskinerna i stor skala.

De två grupperna, ledd av professor David Reilly vid University of Sydney och professor Andrew Dzurak vid UNSW, har visat att staten, eller värde, av en kvantbit (qubit) i kisel kan läsas ut på ett sätt som tar bort behovet av att ha utläsningssensorer vid sidan av kvantbitarna.

Resultatet publiceras idag i Naturens nanoteknik .

Professor Dzurak sa:"Denna uppsats har kombinerat användningen av en enkelgrindselektrodteknik för att läsa ut information - en metod som utvecklades av David Reillys grupp 2013 - med kravet på engångsavläsning av qubits som kan tillverkas med befintligt kiselchip teknologi – en förmåga som vi utvecklade 2014. Den här mixen är mycket viktig för skalbarheten."

Qubits är byggstenarna för kvantdatorer. Miljarder av dem kommer att behöva byggas i komplexa arrayer innan dessa futuristiska maskiner kan användas för att lösa viktiga utmaningar som mänskligheten står inför, inklusive utformning av nya läkemedel eller att hjälpa utvecklingen av maskininlärning. Detta ger komplexa designproblem.

Genom att ta bort behovet av parallellavläsningssensorer, det gemensamma resultatet möjliggör en datorarkitektur som är mycket enklare, vilket innebär att många fler qubits kan byggas bredvid varandra.

Professor Dzurak sa att demonstrationen av enkelbildsavläsningen av en qubit i kisel är ett resultat vars tid var inne.

"Fyra forskarlag över hela världen har utvecklat mycket liknande avläsningstekniker i kisel i princip samtidigt, allt baserat på Davids enkelportsteknik, " sa professor Dzurak. "Två av dem i Australien, en i Frankrike och en i Nederländerna."

"Detta är ett fantastiskt resultat som visar att vetenskapligt samarbete är nyckeln till att uppnå en feltolerant, universell kvantdator, sade professor Reilly, som har en gemensam position vid University of Sydney och är chef för Microsoft Quantum Laboratory.

"En sådan maskin kommer inte att byggas i ett enda laboratorium eller ett enda institut. Det kommer att kräva samarbete på global skala, arbetar med några av de största teknikföretagen i världen."

Professor Reilly, också en chefsutredare vid ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems, sa:"Vårt resultat är verkliga bevis på att den kritiska massan av människor i Sydney skapar något som är större än summan av dess delar. Det är inte bara parallell verksamhet vid olika institutioner."

Professor Dzurak, som ledde projektet vid UNSW, är chef för Australian National Fabrication Facility (ANFF) vid UNSW och chefsutredare vid ARC Center of Excellence for Quantum Computation &Communication Technology. Han sa att Sydney har ett av världens starkaste kvantforskningsekosystem.

"Jag kan inte tänka mig en annan stad i världen med så många människor som gör kvantdatorer, " sa han. "Vi har team på UNSW, Sydney, Macquarie och UTS arbetar över hela spektrumet:på hårdvara, kvantkontroll, kvantmätning ända fram till kvantmjukvara. Det är allt här i Sydney."

Professor Reilly sa att denna forskning görs parallellt med kommersialiseringen av tekniken.

"Jag har en position hos Microsoft och Andrew leder ett projekt med Silicon Quantum Computing. Genom att arbeta tillsammans, vi visar starkt akademiskt samarbete tillsammans med en framväxande kvantekonomi, " han sa.

Professor Dzurak sa:"En av de fantastiska sakerna med det här resultatet är att det har satts ihop av människor som kommer till Sydney från hela världen, attraherad av det starka kvantvetenskapliga ekosystem vi har byggt här."

Tidningens huvudförfattare och UNSW Ph.D. studerande, Anderson West, sa:"Jag var attraherad av att arbeta med professor Dzurak och hans team från USA eftersom jag var riktigt imponerad av vad de gjorde med kisel-qubits."

Motsvarande författare Dr. Bas Hensen kom till UNSW från Nederländerna, där han redan hade gjort sig ett namn genom att experimentellt demonstrera en grundläggande princip inom kvantmekaniken med hjälp av intrasslade qubits i diamant. Han sa:"Jag var angelägen om att engagera mig i qubits i kisel och UNSW var helt klart platsen att vara för det."

Dr Alexis Jouan från University of Sydney, som bidrog till forskningen, kommer ursprungligen från Frankrike där han studerade tvådimensionella supraledare vid hög frekvens. Han sa:"Jag är väldigt glad över att vara i Reilly-gruppen i Sydney, vilket är en av de bästa platserna att fortsätta utforska kvantvärlden."