4 Cara Membuat Komputer Quantum Lebih Besar

Cryochips oleh Intel, Seeqc, dan lainnya dapat membantu skala komputer kuantum

Ketika para peneliti berusaha untuk meningkatkan kapasitas komputer kuantum. Mereka mengalami masalah yang dimiliki banyak orang setelah liburan besar: Tidak ada cukup ruang di lemari es.

Prosesor komputer kuantum saat ini harus beroperasi di dalam ruang cryogenic mendekati nol mutlak. Tetapi elektronik yang diperlukan untuk pembacaan dan kontrol jangan bekerja pada suhu seperti itu. Jadi sirkuit itu harus berada di luar kulkas. Untuk sistem sub-100-qubit hari ini, masih ada cukup ruang untuk pemasangan kabel khusus untuk membuat koneksi. Tetapi untuk sistem jutaan qubit di masa mendatang, tidak akan ada cukup ruang. Sistem seperti itu akan membutuhkan chip kendali daya ultralow yang dapat beroperasi di dalam lemari es. Para insinyur meluncurkan beberapa solusi potensial pada bulan Desember selama Pertemuan Perangkat Elektron Internasional IEEE (IEDM), di San Francisco. Mulai dari yang akrab hingga yang benar-benar eksotis.

CryoCMOS

Mungkin cara paling mudah untuk membuat kontrol cryogenic untuk komputer kuantum adalah dengan memodifikasi teknologi CMOS. Tidak mengherankan, itu adalah solusi Intel. Perusahaan meluncurkan chip CMOS cryogenik yang disebut Horse Ridge. Yang menerjemahkan instruksi kuantum-komputer ke dalam operasi qubit dasar, yang dikirimkan ke prosesor sebagai sinyal gelombang mikro.

Horse Ridge dirancang untuk bekerja pada 4 kelvin. Suhu yang sedikit lebih tinggi daripada chip qubit itu sendiri, tetapi cukup rendah untuk duduk di dalam kulkas bersamanya. Perusahaan menggunakan proses manufaktur FinFET 22-nanometer untuk membangun chip, tetapi transistor yang membentuk sirkuit kontrol membutuhkan rekayasa ulang yang substansial.

“Jika Anda menggunakan transistor dan mendinginkannya hingga 4 K. Itu bukan kesimpulan bahwa itu akan berhasil,” kata Jim Clarke, direktur perangkat keras kuantum di Intel. “Ada banyak karakteristik mendasar dari perangkat yang bergantung pada suhu.”

Yang lain bekerja di jalur yang sama. Google mempresentasikan sirkuit kontrol CMOS cryogenik pada awal tahun 2019. Dalam penelitian yang belum ditinjau oleh rekan pada saat pers, Microsoft dan kolaboratornya mengatakan. Mereka telah membangun chip kontrol CMOS 100.000-transistor yang beroperasi pada 100 milikel.

Microrelays

Di sirkuit logika, transistor bertindak sebagai sakelar, tetapi mereka bukan satu-satunya perangkat yang melakukannya. Insinyur di laboratorium Tsu-Jae King Liu di University of California, Berkeley. Telah mengembangkan relay elektromekanis skala mikrometer sebagai alternatif tenaga ultralow untuk transistor. Mereka terkejut menemukan bahwa perangkat mereka beroperasi lebih baik pada suhu 4 K daripada pada suhu kamar.

Pada suhu kamar, perangkat mengalami beberapa keanehan mekanis. Pertama, oksigen sekitar dapat bereaksi dengan permukaan elektroda relay. Seiring waktu, reaksi ini dapat membentuk lapisan dengan resistensi tinggi, membatasi kemampuan perangkat untuk melakukan arus. Tetapi pada suhu cryogenic, oksigen membeku di udara, sehingga masalah itu tidak ada.

Kedua, kontak dalam relay skala mikro cenderung saling menempel. Ini muncul sebagai efek histeresis: Relai terbuka pada tegangan yang sedikit berbeda dari yang ditutupnya. Tetapi karena kekuatan perekat lebih lemah pada suhu cryogenic, histeresis kurang dari 5 persen dari apa itu pada suhu kamar.

“Kami tidak menduga sebelumnya bahwa perangkat ini akan beroperasi dengan baik pada suhu cryogenic,” kata Liu. Yang memimpin penelitian yang dipresentasikan di IEDM oleh mahasiswa pascasarjananya Xiaoer Hu. “Kalau dipikir-pikir, kita seharusnya punya.”

Logika Kuantum Fluks Tunggal

Hypres, di Elmsford, N.Y., telah mengkomersialkan IC kriogenik selama beberapa tahun. Mencari untuk mengarahkan teknologi logika single-flux quantum (RSFQ) yang cepat. Ke dalam dunia komputasi kuantum, perusahaan baru-baru ini mengeluarkan sebuah startup yang disebut Seeqc.

Dalam RSFQ dan versi kuantumnya, logika SFQuClass. Pulsa tegangan terkuantisasi diblokir, dilewati, atau dialihkan oleh persimpangan Josephson. Jenis perangkat superkonduktor yang sama yang membentuk sebagian besar chip komputer kuantum saat ini. Pada tahun 2014 fisikawan di University of Wisconsin-Madison pertama kali menyarankan bahwa pulsa ini dapat digunakan. Untuk memprogram qubit, dan ilmuwan Seeqc telah berkolaborasi dengan mereka dan ilmuwan Universitas Syracuse sejak 2016.

Seeqc sekarang merancang seluruh sistem menggunakan teknologi. Chip kontrol-digital, koreksi-kesalahan, dan pembacaan yang dirancang. Untuk bekerja pada 3 hingga 4 K dan chip terpisah yang dirancang untuk bekerja pada 20 milikel. Untuk berinteraksi dengan prosesor kuantum.

Semimetal Weyl

Komputasi kuantum sudah aneh, tetapi mungkin dibutuhkan beberapa teknologi yang bahkan lebih aneh untuk membuatnya bekerja. Para ilmuwan di Lund University, di Swedia, dan di IBM Research – Zurich telah merancang perangkat baru. Yang disebut penguat semimetal Weyl yang mereka katakan bisa membawa elektronik pembacaan lebih dekat ke qubit. Jangan khawatir jika Anda tidak tahu apa itu semimetal Weyl. Ada hal-hal tentang bahan-bahan ini yang bahkan para ilmuwan coba buat perangkat dari mereka tidak sepenuhnya mengerti.

Apa yang mereka tahu adalah bahwa bahan-bahan ini, seperti tungsten diphosphide. menunjukkan magnetoresistensi yang sangat kuat. Tergantung suhu ketika didinginkan hingga di bawah sekitar 50 K. Perangkat yang disimulasikan memiliki elektroda gerbang yang menghasilkan medan magnet di dalam semimetal Weyl. Menyebabkan resistensi untuk beralih dari kecil ke besar dalam hitungan picoseconds. Menghubungkan input dari qubit ke perangkat dapat membuat amplifier dengan gain tinggi yang hanya menghasilkan 40 microwatt. Itu bisa cukup rendah untuk amplifier untuk hidup di bagian kulkas dekat dengan tempat tinggal qubit itu sendiri.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *