Quantum Computers: Ang Bagong Silicon Chip ay Nakakakuha sa Amin Mas Malapit, Sabi Nito sa Lumikha

Gustung-gusto ni Andrew Dzurak na mag-isip sa mga tuntunin ng malaking larawan, kahit na hindi lahat ng ito ay nakatuon pa lang.

Isang propesor ng engineering sa Unibersidad ng New South Wales sa Sydney at ang direktor ng Pasilidad ng Australian National Fabrication, ang layunin ni Dzurak ay upang lumikha ng unang praktikal na computer na quantum. At naniniwala siya na ang bagong disenyo ng kanyang koponan para sa isang chip computer na kabuuan ay maaaring kumatawan sa isang mahalagang unang hakbang sa patutunguhan na iyon - at ang lahat ay nagtatayo sa silikon chip architecture na nagpapalakas sa mga computer ngayon.

"Nagbibigay ito ng isang 'pangitain' o isang 'landas' sa pagtatayo ng isang malaking bilang ng processor na quantum, kasama ang milyun-milyong mga qubit na kakailanganin upang malutas ang isang hanay ng mahahalagang problema," sabi niya. Kabaligtaran.

Quantum computing ay isang advance na maaaring arguably maging ang pagtukoy sa teknolohiyang tagumpay ng ika-21 siglo - sa pag-aakala, siyempre, maaari nating bunutin ito sa susunod na 83 taon. Iyan ay hindi katiyakan, kung isasaalang-alang ang isang ganap na pagpapatakbo ng kabuuan ng computer ay kailangang magkaroon ng milyun-milyong mga kuwantum na quantum, o qubits, sa bawat maliit na tilad. Ang mga nasa ilalim ng pag-unlad sa mga lugar na tulad ng Google ay nakataas sa humigit-kumulang 50 qubit, nang walang garantiya na ang mga disenyo ay maaaring tumataas paitaas.

Ngunit tulad ng ipinaliwanag ni Dzurak at ng kanyang mga kapwa mananaliksik sa isang papel na inilathala noong Biyernes Kalikasan Komunikasyon, naniniwala sila na ang kanilang disenyo ay maaaring maitayo upang isama ang kinakailangang menagerie ng qubits, bawat isa ay sinasamantala ang kakikitaan ng kabuuan upang mapalawak ang mga limitasyon ng binary at mabilis na malulutas ang mga problema na kukuha ng mga tradisyunal na computer ng milyun-milyong taon.

"Ito ay isang napaka-simplistic pagkakatulad, ngunit sa tingin ko maaari mong sabihin ito ay isang bit tulad ng kapag ang koponan ng moonshot ay may isang kumpletong disenyo para sa buong misyon, kabilang ang mga rocket engine, ang tiyempo ng mga yugto, ang landing module, atbp, "sabi niya. "Upang mapagtanto ang isang malaking proyekto kailangan mong magkaroon ng isang pangitain kung paano magkasya ang lahat ng bagay magkasama, at na kung ano ang aming naglalayong gawin sa papel na ito."

Nagtutuon ang koponan ni Dzurak sa mga chips ng silikon sa silikon, isa sa limang pangunahing kandidato para sa arkitektong kabuuan ng computer. Ang pinakamagagandang kalamangan nito ay ito ay isang extension ng teknolohiya ng silikon chip na ginagamit, na nag-aalok ng isang magaspang na gabay para sa kung paano gawin ang mga qubits sapat na maliit upang magkasya ang milyun-milyon sa isang solong maliit na tilad.

"Sa palagay ko ito ay makatarungan na sabihin na hindi ko gagawin ang karamihan sa aking trabaho sa buhay sa silikon qubits kung hindi ako isipin na ang mga ito ay ang tamang paraan upang pumunta," sabi niya, kahit na kinikilala niya ang kakayahang i-miniaturize ang mga qubit na maaaring lumikha ng mga karagdagang isyu. "Ito ay talagang isang mahalagang kalamangan sa iba pang mga qubit, sapagkat ang ibig sabihin nito ay maaari kang mag-pack ng maraming mga qubit papunta sa isang solong chip, ngunit ito rin ay lumilikha ng ilang mga hamon sa pagkuha ng maraming mga linya ng kontrol sa isang maliit na volume. Sa bahagi na isa sa mga mahahalagang hamon na nilalayon ng ating papel."

Ang katunayan na ang mga chips na ito ay nagbahagi ng maraming mga tampok sa chips ngayon ay nangangahulugan din na maaari silang binuo gamit ang mga materyales na magagamit at ginagamit. Ang papel ay higit pang mga detalye kung paano nalutas ng disenyo ang mas maraming mga teknikal na isyu tulad ng pagwawasto ng mga pagkakamali sa mga kalkula ng qubit at pagtatayo ng circuitry na kinakailangan upang kontrolin at basahin ang lahat ng mga milyon-milyong mga sangkap ng kabuuan.

Kaya kung magkano ang mas malapit ay nakakakuha ito sa amin sa isang tunay, praktikal na kabuuan ng computer?

"Nais naming simulan ang paggamit ng mga proseso ng pagmamanupaktura ng silikon chip upang gumawa ng isang maliit (sabihin 10-qubit) system unang - iyon ang layunin bilang isa - na inaasahan naming makamit sa 3-5 taon," sabi ni Dzurak. "Pagkatapos gusto naming bumuo ng hanggang sa isang mas mataas na antas ng pagsasama, pagpuntirya para sabihin 100 qubits sa paligid ng 6-10 taon. Sa humigit-kumulang 100 qubit ay magkakaroon kami ng isang prototipo na maaaring magpatuloy upang higit pang mapalawak sa paglipas ng panahon, ngunit maaaring magamit sa ilang mga kagiliw-giliw na problema."

Sinabi ni Dzurak na ang mga timescales ay lubos na nakadepende sa kung magkano ang pamumuhunan na natatanggap ng kanyang grupo. Ang pag-unawa sa pananaw ng koponan ng isang tunay na kabuuan ng computer ay magkakaroon ng malaking mapagkukunan. Ngunit hindi bababa sa mas malinaw ang pangitain na iyon.

"Kapag sinimulan ko ang gawaing ito sa disenyo gusto kong magkaroon ng visualization ng kung ano ang isang kumpletong 'kabuuan chip computer ay maaaring magmukhang," sabi niya. "Napakahalaga, dahil ito ay naka-highlight sa parehong mga benepisyo ng paggamit ng silikon, at din ang mga hamon ng paggawa ng isang buong processor kabuuan. May nananatiling tunay na mga hamon sa engineering, na kung saan ay makakakuha ng brainpower at pagpapasiya upang malutas, ngunit ngayon kami ay may isang tunay na target na layunin."