Üniversite ile Microsoft ortaklığı sayesinde, Profesör David Reilly ve meslektaşları, kuantum teknolojisinin yapı taşları olan binlerce kübiti doğrudan kontrol etmek için derin uzaydan 40 kat daha soğukta çalışan bir cihaz icat ettiler.

Sydney Üniversitesi ve Microsoft Corporation’daki bilim adamları ve mühendisler, kuantum bilgisayarların yapı taşları olan binlerce kübit için kontrol sinyalleri üretebilen tek bir çipin icadıyla kuantum teknolojisinde bir sonraki bölümü açtılar.

“Potansiyeli gerçekleştirmek için kuantum hesaplamaMicrosoft ve Sidney Üniversitesi ile ortak bir konuma sahip olan çip tasarımcısı Profesör David Reilly, makinelerin milyonlarca kübit değilse de binlerce kübit çalıştırması gerekecek” dedi.

“Dünyanın en büyük kuantum bilgisayarları şu anda sadece 50 kadar kübitle çalışıyor” dedi. “Bu küçük ölçek, kısmen kübitleri kontrol eden fiziksel mimarinin sınırlarından kaynaklanıyor.”

“Yeni çipimiz bu sınırlara son veriyor.”

Sonuçlar yayınlandı Doğa Elektroniği.

Yerinde Kriyojenik Çip Platformu

Seyreltme buzdolabında yerinde kriyojenik çip platformu. Cihaz 0.1 Kelvin’de çalışabilir. Kredi: Sidney Üniversitesi

Çoğu kuantum sistemi, aşağıdakilere yakın sıcaklıklarda çalışmak için kuantum bitleri veya kübitler gerektirir. tamamen sıfır (-273.15 derece). Bu, kuantum bilgisayarlarının özel hesaplamalarını gerçekleştirmek için ihtiyaç duyduğu madde veya ışığın karakteri olan ‘kuantumluklarını’ kaybetmelerini önlemek içindir.

Kuantum cihazlarının faydalı bir şey yapabilmesi için talimatlara ihtiyaçları vardır. Bu, kübitlere elektronik sinyaller göndermek ve almak anlamına gelir. Mevcut kuantum mimarisiyle, bu çok sayıda kablo içerir.

“Mevcut makineler, sinyalleri kontrol etmek için güzel bir dizi kablo oluşturur; ters çevrilmiş yaldızlı kuş yuvası veya avize gibi görünüyorlar. Güzeller ama temelde pratik değiller. Bu, faydalı hesaplamalar yapmak için makineleri büyütemeyeceğimiz anlamına geliyor. Gerçek bir girdi-çıktı darboğazı var” dedi, aynı zamanda ARC Mühendislik Kuantum Sistemleri Merkezi’nde (EQUS) Baş Araştırmacı olan Profesör Reilly.

Çipin ortak mucidi Microsoft Kıdemli Donanım Mühendisi Dr. Kushal Das şunları söyledi: “Cihazımız tüm bu kabloları ortadan kaldırıyor. Girdi olarak bilgi taşıyan sadece iki kablo ile binlerce kübit için kontrol sinyalleri üretebilir.

“Bu, kuantum hesaplama için her şeyi değiştiriyor.”

David Reilly

Sydney Üniversitesi Fizik Okulu’ndan Profesör David Reilly, Microsoft Corporation ile ortak bir konuma sahiptir. Kredi: Sidney Üniversitesi

Kontrol çipi, bilim adamlarının mühendislik zorluklarını çözme şeklini değiştiren benzersiz bir endüstri-akademik ortaklığı olan Sidney Üniversitesi’ndeki Microsoft Quantum Laboratories’de geliştirildi.

“Kuantum bilgisayar inşa etmek, belki de 21. yüzyılın en zorlu mühendislik görevidir. Bu, tek bir ülkedeki bir üniversite laboratuvarında küçük bir ekiple çalışarak elde edilemez, ancak Microsoft gibi küresel bir teknoloji devi tarafından sağlanan ölçeğe ihtiyaç duyar,” dedi Profesör Reilly.

“Microsoft ile olan ortaklığımız sayesinde, girdi-çıktı darboğazının üstesinden gelmek için sadece teorik bir mimari önermedik, onu inşa ettik.

“Bunu özel bir silikon çip tasarlayarak ve onu bir kuantum sistemine bağlayarak gösterdik” dedi. “Bunun, derin kriyojenik sıcaklıklarda çalışmak üzere şimdiye kadar yapılmış en gelişmiş entegre devre olduğunu söyleyebilirim.”

Gerçekleştirilirse, kuantum bilgisayarlar kriptografi, tıp, finans, yapay zeka ve lojistik gibi çeşitli alanlarda klasik bilgisayarların kapsamının ötesindeki sorunları çözerek bilgi teknolojisinde devrim yaratmayı vaat ediyor.

Enerji bütçesi

Kuantum bilgisayarlar, 1940’lardaki klasik bilgisayarlara benzer bir aşamadadır. Dünyanın ilk elektronik bilgisayarı olan ENIAC gibi makineler, herhangi bir yararlı işlevi yerine getirmek için kontrol sistemleri odalarına ihtiyaç duyuyordu.

Milyarlarca transistörün cep telefonunuza sığmasına izin veren bilimsel ve mühendislik zorluklarının üstesinden gelmek onlarca yıl aldı.

Profesör Reilly, “Sektörümüz kuantum hesaplamayı ENIAC aşamasının ötesine taşımak için belki daha da büyük zorluklarla karşı karşıya” dedi.

“0.1 Kelvin’de çalışan son derece karmaşık silikon çipler tasarlamamız gerekiyor” dedi. “Bu, derin uzaydan 30 kat daha soğuk bir ortam”.

Dr Sebastian Pauka’nın Sydney Üniversitesi’ndeki doktora araştırması, kuantum cihazlarının çip ile arayüzlenmesi için yapılan çalışmaların çoğunu kapsıyordu. Dedi ki: “Bu kadar düşük sıcaklıklarda çalışmak, inanılmaz derecede düşük bir güç bütçesine sahip olduğumuz anlamına geliyor. Sisteme daha fazla güç katmaya çalışırsak, her şeyi aşırı derecede ısıtırız.”

Sonuçlarına ulaşmak için Sydney ve Microsoft’taki bilim adamları, kriyojenik sıcaklıklarda çalışacak en gelişmiş entegre devreyi kurdular.

Profesör Reilly, “Bunu, kübitlerin operasyonlarını bozmadan yakın bir yerde çalışan bir sistem tasarlayarak yaptık” dedi.

“Kubitler için mevcut kontrol sistemleri, tabiri caizse, eylemden birkaç metre ötede kaldırılıyor. Çoğunlukla oda sıcaklığında bulunurlar.

“Sistemimizde kriyojenik platformdan çıkmamız gerekmiyor. Çip, kübitlerle birlikte orada. Bu, daha düşük güç ve daha yüksek hızlar anlamına gelir. Kuantum teknolojisi için gerçek bir kontrol sistemi.”

Kuantum Makinesi Tam Yığın

Kullanışlı bir kuantum makinesi için gereken ‘tam yığın’: Profesör David Reilly, hataya dayanıklı evrensel bir kuantum bilgisayarı gerçekleştirmek için dünya çapında Microsoft bilim insanlarıyla birlikte çalışıyor. İcat ettiği cihaz, klasik ve kuantum sistemleri arasındaki arayüzde çalışır. Kredi: Microsoft

mühendislik yılları

Profesör Reilly, “Bu cihazların nasıl kontrol edileceğine çalışmak, yıllarca mühendislik geliştirmeyi gerektiriyor” dedi. “Bu cihaz için, dört yıl önce Sydney Üniversitesi’nin Avustralya’daki kuantum teknolojisine yapılan en büyük yatırımı temsil eden Microsoft ile ortaklığını başlatmasıyla başladık.

“Derin kriyojenik sıcaklıklarda transistörlerin davranışını yakalamak için çok sayıda model ve tasarım kitaplığı oluşturduk. Daha sonra cihazlar inşa etmek, doğrulatmak, karakterize etmek ve nihayet pratikte çalıştıklarını görmek için onları kübitlere bağlamak zorunda kaldık.”

Sidney Üniversitesi Rektör Yardımcısı ve Müdürü Profesör Stephen Garton şunları söyledi: “Tüm üniversite topluluğu Profesör Reilly’nin başarısından gurur duyuyor ve Microsoft ile uzun yıllar devam eden ortaklığı dört gözle bekliyoruz.”

Profesör Reilly, alanın artık temelden değiştiğini söyledi. “Bu sadece ‘işte benim kübitim’ ile ilgili değil. Gerçek bir makine oluşturmak için tüm katmanları ve tüm teknolojiyi nasıl oluşturduğunuzla ilgili.

‘Microsoft ile ortaklığımız, sonuçlarımızı hızla uygulamaya koyma avantajıyla akademik titizlikle çalışmamıza olanak tanıyor.”

Rektör Yardımcısı (Araştırma) Profesör Duncan Ivison şunları söyledi: “Microsoft ile ortaklığımız, David Reilly’nin kuantum teknolojisini etkinleştirmek için ilham veren vizyonunu gerçekleştirmekle ilgiliydi. Bu vizyonun gerçeğe dönüştüğünü görmek harika.”

Profesör Reilly şöyle dedi: “Sadece akademide kalsaydık, bu çip asla üretilemezdi.”

Avustralyalı bilim adamı orada durmadığını söyledi.

“Bu yeni kuantum inovasyon dalgasına daha yeni başlıyoruz” dedi. “Ortaklıkla ilgili harika olan şey, sadece bir makale yayınlayıp devam etmiyoruz. Artık kuantum teknolojisini endüstriyel ölçekte gerçekleştirme planına devam edebiliriz.”

Referans: SJ Pauka, K. Das, R. Kalra, A. Moini, Y. Yang, M. Trainer, A. Bousquet, C. Cantaloube, N. Dick tarafından “Birden fazla kübit için kontrol sinyalleri üretmek için bir kriyojenik CMOS çipi” , GC Gardner, MJ Manfra ve DJ Reilly, 25 Ocak 2021, Doğa Elektroniği.
DOI: 10.1038 / s41928-020-00528-y

Bu araştırma, Microsoft Corporation ve Avustralya Araştırma Konseyi Mühendislik Kuantum Sistemleri için Mükemmeliyet Merkezi tarafından desteklenmiştir. Sidney Üniversitesi’nde bir Temel Araştırma Tesisi olan ve Avustralya Ulusal Üretim Tesisinin (ANFF) bir parçası olan Araştırma ve Prototip Dökümhanesinin tesislerinin yanı sıra bilimsel ve teknik yardımını da kabul ediyoruz.





#Kriyojenik #Çip #Kuantum #Hesaplamayı #Ölçeklendirmek #İçin #Büyük #Adım