Australische wetenschappers waren in staat om het foutenpercentage in halfgeleider-qubits, de eenheidscellen van een kwantumcomputer, terug te brengen tot een niveau van 0,04%. Dit maakt de weg vrij voor het creëren van universele computers, zeggen natuurkundigen in het tijdschrift Nature Electronics.
Al enkele jaren ontwikkelen Dzurak en zijn collega's aan de universiteit de componenten die nodig zijn om een volwaardige solid-state kwantumcomputer samen te stellen. Dus creëerden ze in 2010 een kwantumtransistor met één elektron en in 2012 een volwaardige silicium-qubit op basis van het fosfor-31-atoom.
In 2013 hebben ze een nieuwe versie van de qubit samengesteld, die het mogelijk maakte om er met bijna 100% nauwkeurigheid gegevens uit te lezen en heel lang stabiel bleef. In oktober 2015 hebben Dzurak en zijn team de eerste stap gezet om de eerste siliciumkwantumcomputer te creëren door twee qubits te combineren tot een module die een logische OK-operatie uitvoert.
Er was nog maar één stap over - om te leren hoe je soortgelijke qubits kunt combineren met dezelfde halfgeleidertechnologieën als de cellen van het kwantumgeheugen zelf. Dit was buitengewoon moeilijk, aangezien "gewone" halfgeleider-qubits alleen op korte afstand met elkaar kunnen communiceren.
Nadat ze dit probleem twee jaar geleden hadden opgelost, dachten Australische wetenschappers na over hoe ze qubits in één geheel konden "lijmen" en leerden ze hoe ze ze konden "printen" zoals elektronicafabrikanten doen bij het maken van microschakelingen. De vrucht van deze reflecties waren de eerste plannen voor de oprichting van kwantum "microschakelingen", gepresenteerd door het Dzurak-team in december 2017.
Deze ideeën, zoals opgemerkt door Dzurak, slaagde zijn team er afgelopen herfst in om in de praktijk te brengen, met behulp van de zogenaamde CMOS-technologie - een van de meest voorkomende en bewezen technieken voor het maken van microschakelingen. Wetenschappers hebben het gebruikt om alle componenten van de qubits "af te drukken", evenals microgolfzenders, kwantumdots en transistors die nodig zijn om nieuwe gegevens correct in een kwantumgeheugencel te schrijven.
Nadat ze dit probleem hadden opgelost, dachten natuurkundigen na over de volgende grote stap: om een echt universele kwantumcomputer te maken, moesten ze hun qubits bijna perfect laten werken, waarbij ze niet meer dan 1% van de tijd fouten maakten. In dit geval kunnen de rest van de problemen in hun werk worden geëlimineerd met behulp van speciale algoritmen voor foutcorrectie en logische, in plaats van fysieke, qubits.
Zoals de onderzoeker opmerkt, zijn er twee manieren om de nauwkeurigheid van dergelijke apparaten te verbeteren - door het ontwerp van de geheugencellen zelf te verbeteren en door de manier te veranderen waarop informatie erin wordt gelezen en geschreven. Australische natuurkundigen volgden de tweede weg en gebruikten algoritmen en technieken die waren ontwikkeld door hun theoretische collega's aan de Universiteit van Sydney.
Promotie video:
Ze hielpen Zuraku en zijn team de structuur van de microgolfstuurpulsen zodanig te veranderen dat het aantal fouten bij het lezen of schrijven van gegevens met verschillende ordes van grootte werd verminderd. Als gevolg hiervan stapten wetenschappers niet alleen over de "barrière van foutcorrectie", maar omzeilden ze ook supergeleidende en "atomaire" qubits, die voorheen als veelbelovend werden beschouwd voor het maken van complexe kwantummachines.
Beide groepen onderzoekers zijn van plan in de nabije toekomst vergelijkbare metingen uit te voeren aan combinaties van verschillende qubits en microcircuits die in het verleden al door Dzurak en zijn team zijn gemaakt. Wetenschappers hopen dat ze in staat zullen zijn om het algehele foutenpercentage terug te brengen tot een niveau waarop de komende jaren een volwaardige kwantumcomputer kan worden gebouwd.
