O echipă de cercetători de la Universitatea Warwick, împreună cu NRC Canada, a propus o nouă arhitectură de cip cuantic care ar putea rezolva una dintre cele mai mari provocări din calculul cuantic: comunicarea între un număr uriaș de biți cuantici (qubiți) aflați la distanțe mari pe un singur cip. Conceptul, denumit Quantum Phononic Links (QPL) și publicat în revista APL Quantum, folosește vibrații asemănătoare sunetului care se propagă printr-un material special conceput pentru a transporta informație cuantică între qubiți separați fizic.
- Conceptul folosește fononi — vibrații de tip sonor — ca o „magistrală cuantică” pentru a lega qubiți aflați la distanță.
- Este construit direct în materialul semiconductor: germaniu comprimat pe siliciu (cs-GoS), dezvoltat la Warwick.
- Abordarea ar fi compatibilă cu tehnicile actuale de fabricație a semiconductorilor, până la plachete de 300 mm în diametru.
Cipurile cuantice actuale permit doar vecinilor apropiați să comunice
Cele mai avansate cipuri cuantice de astăzi permit, de regulă, doar qubiților învecinați să comunice direct între ei. Pentru a construi calculatoare cuantice cu adevărat utile, inginerii se așteaptă să fie nevoie de coordonarea a milioane de qubiți răspândiți pe întregul cip semiconductor, nu doar a unor grupuri de qubiți adiacenți. Aici apare limitarea centrală pe care echipa încearcă să o depășească.
Soluția propusă folosește vibrațiile sonore, cunoscute drept fononi, ca sistem inerent de comunicare, permițând qubiților să facă schimb de informație cuantică pe distanțe mult mai mari decât este posibil în prezent.
„Una dintre provocările-cheie ale calculului cuantic este conectivitatea qubiților pe distanțe lungi”, a declarat dr. Maksym Myronov, de la Departamentul de Fizică al Universității Warwick.
„Munca noastră introduce un concept nou în care fononii acționează ca o magistrală cuantică, permițând qubiților aflați la distanță să facă schimb de informație cuantică, rămânând în același timp pe deplin compatibili cu tehnologia semiconductorilor”, a adăugat el.
De ce contează: o cale mai compactă și mai ieftină
Conceptul se bazează pe un material specializat, germaniu comprimat pe siliciu (cs-GoS), dezvoltat la Warwick prin tehnici avansate de creștere epitaxială. În acest material, qubiții sunt deosebit de sensibili la micile vibrații care traversează stratul subțire de cristal de germaniu. Prin proiectarea și controlul atent al acestor vibrații, cercetătorii arată că, în principiu, informația cuantică ar putea fi transferată între qubiți fie că se află unul lângă altul, fie că sunt separați de-a lungul unui întreg cip semiconductor cu diametrul de până la 300 mm.
Alte abordări pentru conexiuni pe distanțe lungi între qubiți s-au bazat pe microunde sau pe unde acustice de suprafață generate extern, care necesită de regulă modele complexe și hardware suplimentar atașat cipului. Prin contrast, QPL sunt integrate direct în materialul semiconductor care găzduiește qubiții.
Pentru cititorul interesat de tehnologie, semnificația este directă: pentru că metoda ar fi compatibilă cu tehnicile deja consacrate de fabricație a semiconductorilor, ea ar putea oferi o cale mai compactă, mai ieftină și mai scalabilă către viitoarele procesoare cuantice comerciale. Aceasta ar însemna, în practică, apropierea calculului cuantic de metodele industriale folosite deja pentru cipurile clasice.
Ce urmează
Deocamdată, rezultatele descriu un concept demonstrat, în principiu, la nivel teoretic, publicat de M. Myronov și colegii săi în APL Quantum. Trecerea de la principiu la un procesor funcțional rămâne o etapă viitoare, dar autorii prezintă abordarea drept o direcție promițătoare pentru problema conectivității la scară largă.
Credeți că integrarea comunicării cuantice direct în materialul cipului va accelera drumul spre calculatoarele cuantice utile? Spuneți-ne cum vedeți viitorul acestei tehnologii.
