Κβαντικά τσιπ αποδεικνύουν ότι λειτουργούν κανονικά στον πραγματικό κόσμο

Η μετάβαση της κβαντικής τεχνολογίας από τα πανεπιστημιακά εργαστήρια στις γραμμές παραγωγής ημιαγωγών δεν είναι πια ένα θεωρητικό σενάριο. Η startup εταιρεία Diraq, που γεννήθηκε στο οικοσύστημα της UNSW Sydney, απέδειξε ότι τα κβαντικά τσιπ πυριτίου μπορούν να διατηρήσουν κορυφαία ακρίβεια ακόμη και όταν παράγονται μαζικά σε βιομηχανικό περιβάλλον.

Η Diraq, σε συνεργασία με το Interuniversity Microelectronics Centre (imec) του Βελγίου, πέτυχε κάτι που μέχρι σήμερα φάνταζε αβέβαιο: τα κβαντικά τσιπ που σχεδιάστηκαν από την ομάδα της και κατασκευάστηκαν από την imec παρουσίασαν ακρίβεια άνω του 99% σε κρίσιμες λειτουργίες δύο qubits. Πρόκειται για έναν δείκτη που θεωρείται απαραίτητος ώστε τα κβαντικά συστήματα να αποκτήσουν εμπορική αξία και να περάσουν στο στάδιο της λεγόμενης utility-scale πληροφορικής.

Η βασική καινοτομία εδώ δεν είναι μόνο το τεχνικό επίτευγμα, αλλά το γεγονός ότι επετεύχθη σε βιομηχανικές συνθήκες. Μέχρι σήμερα, οι αποδείξεις για υψηλή αξιοπιστία προέρχονταν κυρίως από εργαστηριακές συνθήκες, με πρωτότυπα που δύσκολα μπορούσαν να αναπαραχθούν σε κλίμακα. Ο καθηγητής Andrew Dzurak, ιδρυτής και CEO της Diraq, τόνισε ότι η αμφιβολία σχετικά με το αν η εργαστηριακή ακρίβεια μπορεί να μεταφερθεί σε γραμμές παραγωγής πλέον έχει αρθεί.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 24 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Nature, καταγράφει το άλμα αυτό και το συνδέει άμεσα με τον στόχο που έχει θέσει η Quantum Benchmarking Initiative, ένα πρόγραμμα της DARPA. Στο πλαίσιο του προγράμματος αξιολογούνται 18 εταιρείες, μεταξύ αυτών και η Diraq, με το κριτήριο αν μπορούν να δημιουργήσουν κβαντικούς υπολογιστές που θα υπερβαίνουν σε χρησιμότητα το κόστος λειτουργίας τους.

Οι λεγόμενοι utility-scale κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να δώσουν λύσεις σε προβλήματα που ακόμη και οι πιο εξελιγμένοι υπερυπολογιστές αδυνατούν να προσεγγίσουν. Για να γίνει αυτό εφικτό, απαιτείται η χρήση εκατομμυρίων qubits, τα οποία θα πρέπει να λειτουργούν με ακρίβεια και να αντισταθμίζουν τα σφάλματα που προκύπτουν από τη φύση της κβαντικής κατάστασης.

Σύμφωνα με τον Dzurak, το κλειδί βρίσκεται στην παραγωγή qubits με υψηλή αξιοπιστία και χαμηλό κόστος, κάτι που καθίσταται δυνατό μέσα από την αξιοποίηση του πυριτίου. Το πυρίτιο όχι μόνο προσφέρει τη δυνατότητα ενσωμάτωσης εκατομμυρίων qubits σε ένα τσιπ, αλλά και συνεργάζεται άψογα με τη βιομηχανία των ημιαγωγών, που ήδη κινείται σε τζίρους τρισεκατομμυρίων δολαρίων.

Σε μια εποχή όπου διάφορες πλατφόρμες για κβαντικούς υπολογιστές δοκιμάζονται, το πυρίτιο φαίνεται να αναδεικνύεται σε πρωταγωνιστή. Ο λόγος είναι διπλός: αφενός, το ίδιο υλικό χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες στη βιομηχανία μικροτσίπ, γεγονός που καθιστά τη μετάβαση πιο εύκολη και λιγότερο δαπανηρή. Αφετέρου, η δυνατότητα συρρίκνωσης και μαζικής παραγωγής σημαίνει ότι οι κβαντικοί επεξεργαστές μπορούν να κλιμακωθούν με τρόπο που άλλες τεχνολογίες δυσκολεύονται να επιτύχουν.

Η Diraq είχε ήδη αποδείξει σε προηγούμενες εργασίες ότι qubits που κατασκευάστηκαν σε πανεπιστημιακό εργαστήριο μπορούσαν να φτάσουν σε υψηλή ακρίβεια όταν εκτελούσαν λογικές πύλες δύο qubits, οι οποίες αποτελούν το δομικό στοιχείο των μελλοντικών κβαντικών συστημάτων. Αυτό που έλειπε ήταν η απόδειξη ότι η ίδια ακρίβεια θα μπορούσε να επιτευχθεί και σε βιομηχανικό περιβάλλον.

Η συνεργασία με την imec έδειξε ακριβώς αυτό. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι τα qubits πυριτίου μπορούν να παραχθούν με τις τυπικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στα εργοστάσια ημιαγωγών, ανταποκρινόμενα στις απαιτήσεις ανοχής σφαλμάτων με τρόπο οικονομικά αποδοτικό.

Μάλιστα, δεν είναι η πρώτη φορά που οι δύο φορείς ενώνουν δυνάμεις. Σε προηγούμενα στάδια είχαν καταδείξει ότι η τεχνολογία CMOS, που αποτελεί τη βάση για τα περισσότερα εμπορικά μικροτσίπ, μπορούσε να δώσει qubits με ακρίβεια 99,9% σε απλές λειτουργίες ενός qubit. Ωστόσο, η πραγματική πρόκληση ήταν οι πιο σύνθετες λειτουργίες δύο qubits – εκεί όπου κρίνεται η δυνατότητα επίτευξης utility scale.

Σήμερα, με το νέο επίτευγμα, ανοίγει ο δρόμος για την ανάπτυξη ενός πλήρως ανθεκτικού σε σφάλματα κβαντικού υπολογιστή, ο οποίος θα είναι ταυτόχρονα λειτουργικός και πιο οικονομικός σε σύγκριση με άλλες πλατφόρμες qubits.

[via]