De flesta kvantdatorer som utvecklas runt om i världen kommer bara att fungera vid bråkdelar av en grad över absolut noll. Det kräver kylning på flera miljoner dollar och så snart du ansluter dem till konventionella elektroniska kretsar överhettas de direkt.

Men nu har forskare under ledning av professor Andrew Dzurak vid UNSW Sydney tagit upp detta problem.

"Våra nya resultat öppnar en väg från experimentella enheter till prisvärda kvantdatorer för verkliga företag och offentliga applikationer, säger professor Dzurak.

Forskarnas cell-proof-of-concept-kvantprocessor, på ett kiselchip, fungerar på 1,5 Kelvin-15 gånger varmare än den huvudsakliga konkurrerande chipbaserade tekniken som utvecklas av Google, IBM, och andra, som använder supraledande qubits.

"Det här är fortfarande väldigt kallt, men är en temperatur som kan uppnås med hjälp av bara några tusen dollar kylning, snarare än de miljoner dollar som behövs för att kyla chips till 0,1 Kelvin, "förklarar Dzurak.

"Även om det är svårt att uppskatta att använda våra vardagliga begrepp om temperatur, denna ökning är extrem i kvantvärlden. "

Kvantdatorer förväntas överträffa konventionella för en rad viktiga problem, från precisionstillverkning av läkemedel till sökalgoritmer. Att designa en som kan tillverkas och drivas i en verklig miljö, dock, utgör en stor teknisk utmaning.

UNSW -forskarna tror att de har övervunnit ett av de svåraste hindren som står i vägen för att kvantdatorer ska bli verklighet.

I en artikel publicerad i tidningen Natur i dag, Dzuraks team, tillsammans med samarbetspartners i Kanada, Finland och Japan, rapportera en proof-of-concept-kvantprocessor-enhetscell som, till skillnad från de flesta mönster som utforskas över hela världen, behöver inte arbeta vid temperaturer under en tiondel av en Kelvin.

Dzuraks team meddelade först sina experimentella resultat via det akademiska förtrycksarkivet i februari förra året. Sedan, i oktober 2019, en grupp i Nederländerna som leds av en tidigare postdoktoral forskare i Dzuraks grupp, Menno Veldhorst, tillkännagav ett liknande resultat med samma kiselteknologi som utvecklades vid UNSW 2014. Bekräftelsen av detta "heta qubit" -beteende från två grupper på motsatta sidor av världen har lett till att de två tidningarna publicerades "back-to-back" i samma fråga om Natur i dag.

Qubit -par är de grundläggande enheterna för kvantberäkning. Precis som den klassiska dataanalogen - biten - präglar varje qubit två tillstånd, en 0 eller en 1, för att skapa en binär kod. Till skillnad från lite, dock, det kan manifestera båda tillstånden samtidigt, i det som kallas "superposition".

Enhetscellen som utvecklats av Dzuraks team består av två qubits begränsade i ett par kvantprickar inbäddade i kisel. Resultatet, skalas upp, kan tillverkas med befintliga kiselfabriker, och skulle fungera utan behov av kylning på flera miljoner dollar. Det skulle också vara lättare att integrera med konventionella kiselchips, som kommer att behövas för att styra kvantprocessorn.

En kvantdator som kan utföra de komplexa beräkningar som behövs för att designa nya läkemedel, till exempel, kommer att kräva miljontals qubitpar, och är allmänt accepterat att vara minst ett decennium bort. Detta behov av miljontals qubits utgör en stor utmaning för designers.

"Varje qubit -par som läggs till systemet ökar den totala värmen som genereras, "förklarar Dzurak, "och tillsatt värme leder till fel. Det är främst därför nuvarande konstruktioner måste hållas så nära absolut noll."

Utsikterna att behålla kvantdatorer med tillräckligt med qubits för att vara användbara vid temperaturer som är mycket kallare än djupt utrymme är skrämmande, dyrt och pressar kyltekniken till gränsen.

UNSW -teamet, dock, har skapat en elegant lösning på problemet, genom att initialisera och "läsa" qubit -paren med elektroner som tunnlar mellan de två kvantprickarna.

Princip-proof-experimenten utfördes av Dr. Henry Yang från UNSW-teamet, som Dzurak beskriver som en "lysande experimentist".