QuTech har löst ett stort problem på vägen mot en fungerande storskalig kvantdator. QuTech, ett samarbete mellan TU Delft och TNO, och Intel har konstruerat och tillverkat en integrerad krets som kan styra qubits vid extremt låga temperaturer. Detta banar väg för den avgörande integrationen av qubits och deras styrelektronik i samma chip. Forskarna har presenterat sin forskning under ISSCC -konferensen i San Francisco.

Kvantdatorer

"Detta resultat för oss närmare en storskalig kvantdator som kan lösa problem som är svårhanterliga av även de mest kraftfulla superdatorer. Lösningar på dessa problem kan ha stor inverkan på vardagen, till exempel inom medicin och energi, "sade teamledaren Fabio Sebastiano från QuTech och fakulteten för elektroteknik, Matematik och datavetenskap.

Extrema temperaturer

"Det finns många problem som ska lösas innan vi har en fungerande storskalig kvantdator, "sa Sebastiano." Kvantinformationen som lagras i qubits kan snabbt försämras och bli oanvändbar om inte qubits kyls ner till temperaturer mycket nära absolut noll (-273 grader Celsius, eller 0 Kelvin). Av denna anledning, qubits fungerar vanligtvis inuti speciella kylskåp vid temperaturer så låga som 0,01 K, styrs av konventionell elektronik som arbetar vid rumstemperatur. "

Uppskalning

En tråd krävs för att ansluta varje qubit till styrelektroniken. Även om detta är möjligt för det lilla antalet qubits som nu är i drift, tillvägagångssättet kommer att bli opraktiskt för de miljoner qubits som krävs i användbara kvantdatorer. "Det skulle motsvara att ta en 12-megapixelkamera på din mobiltelefon och individuellt försöka koppla varje miljon pixel till en separat elektronisk krets, "sa Sebastiano." En mer livskraftig lösning är att styra elektroniken som styr qubitsna vid extremt låga (kryogena) temperaturer, så att de kan placeras så nära qubitsna som möjligt. "

Horse Ridge

QuTech samarbetade med Intel för att hantera denna exakta utmaning. Resultatet kallas Horse Ridge - en integrerad krets uppkallad efter en av de kallaste platserna i Oregon. Sebastiano:"Vi har designat och tillverkat en integrerad CMOS -krets som kan styra upp till 128 qubits, som kan fungera vid 3 K (-270 ° C) och kan därför beskrivas som en cryo-CMOS-krets. "

CMOS (komplementär metalloxidhalvledare) är samma teknik som används för vanliga mikroprocessorer. Användning av CMOS möjliggör därför tillförlitlig tillverkning av mycket komplexa kretsar som omfattar miljarder elektriska komponenter, som krävs för storskaliga kvantdatorer.

Integrerad krets och qubit

Forskarna demonstrerade experimentellt både korrekt funktion av den integrerade kretsen och en förmåga att driva en riktig snurrqubit. Spin qubits är bland de lovande qubit-kandidaterna för en storskalig kvantdator. Sebastiano:"Detta är den mest komplexa cryo-CMOS-krets som någonsin visats, och den första som kan driva en snurrqubit. "

Ett chip

Nästa utmaning är att stänga det återstående temperaturgapet. "Spin qubits förväntas fungera vid något högre temperaturer än vad som uppnås nu, säg över 1, 5 K, "sa Sebastiano." Vår cryo-CMOS-krets fungerar nu vid 3 K. Om vi ​​kan överbrygga detta temperaturgap, vi kunde integrera både qubits och deras styrelektronik i samma paket eller chip, och därmed uppnå ett extremt kompakt system. "