Οι επιστήμονες παρουσίασαν έναν ευέλικτο κβαντικό επεξεργαστή με μετακινήσιμα κυβίτ, ελαφρύ στην κατασκευή και στη λειτουργία

Νέα κβαντική αρχιτεκτονική: ευέλικτη ενσωμάτωση ημιαγωγικών και ατομικών προσεγγίσεων

Οι επιστήμονες από την Ολλανδία, μεταξύ των οποίων οι υπάλληλοι του Τεχνικού Πανεπιστημίου Delft (Delft University of Technology) και της εταιρείας QuTech, σε συνεργασία με την Intel, παρουσίασαν ένα καινοτόμο σχέδιο κβαντικών υπολογισμών. Στον πυρήνα βρίσκεται η συνδυασμένη χρήση δύο παραδοσιακών τεχνολογιών: spin-κβάντες σε ημιαγωγούς και ατομικές/ιόντες συστήματα.

Γιατί είναι σημαντικό
* Μαζική παραγωγή – τα ημιαγωγικά chips μπορούν να κλιμακωθούν εύκολα, αλλά η «προγραμματιστής» τους περιορίζει την ευελιξία των αλγορίθμων.

* Ευελιξία και κινητικότητα – οι ατομικές και ιόντες κβάντες μπορεί να μετακινηθούν με laser πινέζα, επιτρέποντας ελεύθερη δημιουργία οποιωνδήποτε συνδέσεων μεταξύ τους και γρήγορη αλλαγή των σχεδίων διόρθωσης σφαλμάτων.

Η νέα ιδέα ενώνει τα πλεονεκτήματα δύο κόσμων: συμπαγές μέγεθος και ενσωμάτωση ημιαγωγών με τη δυνατότητα δυναμικής μετακίνησης κβάντων, όπως στα ατομικά συστήματα.

Πώς λειτουργεί
1. Κβαντικές σημεία – μικροσκοπικές δομές που κρατούν ένα μόνο ηλεκτρονικό. Το spin αυτού του ηλεκτρόνου χρησιμεύει ως κβάντα.

2. Μετακίνηση – αντί να παραμένουν «κατεχμένοι» σε μία θέση, τα ηλεκτρικά μετακινούνται μέσω αλυσίδας κβαντικών σημείων με τη χρήση ηλεκτρικών σημάτων. Είναι παρόμοιο με το πώς οι άτομα μετακινούνται στα ιόντα παγιδεύματα.

3. Διάδραση – δύο κβάντες πλησιάζουν, οι κυματικές τους λειτουργίες επικαλύπτονται και εκτελείται μια δυαδική πράξη (π.χ., ανακατεύθυνση). Μετά την πράξη επιστρέφουν στις αρχικές θέσεις.

Πειραματικά αποτελέσματα
* Σε γραμμικό πίνακα έξι κβαντικών σημείων επιτεύχθηκε ακρίβεια δυαδικών πύλων > 99 %.

* Δοκιμάστηκε και η τηλεμεταφορά κβαντικής κατάστασης με ακρίβεια περίπου 87 %.

* Κατά τη μετακίνηση των κβάντων δεν παρατηρήθηκε σημαντική απώλεια κορεστικότητας.

Αρχιτεκτονική
* Ζώνες αποθήκευσης – σταθεροί τόποι όπου οι κβάντες «αναμένουν» την πράξη.

* Διαδρομές μεταφοράς – διαδρομές για τη μετακίνηση ηλεκτρονίων μεταξύ των ζωνών.

* Διενεργούσες ζώνες – ειδικά τμήματα όπου δύο κβάντες μπορούν να αλληλεπιδρούν και να εκτελούν λογικές πύλες.

Αυτή η δομή επιτρέπει μετά την κατασκευή του chip να αλλάζονται οι συνδέσεις μεταξύ των κβάντων σύμφωνα με το επιλεγμένο σχέδιο διόρθωσης σφαλμάτων ή αλγόριθμο, παρέχοντας ευελιξία που δεν είναι διαθέσιμη στα παραδοσιακά εργοστασιακά chips.

Συμπέρασμα
Το προτεινόμενο σύστημα συνδυάζει την απλότητα της μαζικής παραγωγής ημιαγωγικών κβαντικών σημείων με τη κινητικότητα και την προσαρμοστικότητα των ατομικών κβάντων. Ανοίγει τον δρόμο για πιο ευέλικτους και κλιμακούμενους κβαντικούς υπολογιστές, όπου οι αλγόριθμοι μπορούν να αλλάξουν «σε πραγματικό χρόνο», όχι μόνο με προκαθορισμένες εντολές.