Ouderwets silicium is misschien de sleutel tot het bouwen van alomtegenwoordige kwantumcomputers

Al tientallen jaren vormen siliciumchips het hart van allerlei soorten computerapparatuur. Maar in de race om kwantumcomputers te maken, een ongelooflijk krachtig nieuw type technologie, heeft silicium een ​​achterbank ingenomen met andere materialen. Nieuwe ontwikkelingen kunnen het aantrekkelijker maken.

In theorie zou silicium een ​​geweldige kandidaat moeten zijn om machines van de volgende generatie aan te drijven. Er is al een enorme infrastructuur gericht op de productie van siliciumcomputerchips. En er bestaan ​​al methoden voor het genereren van qubits, of kwantumbits, met behulp van op silicium gebaseerde benaderingen.

Qubits zijn de fundamentele bouwstenen van kwantummachines. Het vermogen van een qubit om in twee toestanden te zijn ( 0 en een ) tegelijkertijd - bekend als superpositie - maakt de massale parallelle verwerking mogelijk die voorbestemd is om de mogelijkheden van de krachtigste conventionele computers te overtreffen.

Maar op silicium gebaseerde benaderingen zijn minder populair gebleken dan alternatieve manieren om qubits te genereren, zoals een die gebruik maakt van supergeleidende materialen zoals aluminium dat wordt gekoeld tot extreme temperaturen. Silicium is onder meer grotendeels gemeden omdat het moeilijk is om op die manier gegenereerde qubits te beheersen en het is onduidelijk of de resulterende machines goed zouden schalen.

Chipgigant Intel hoopt dat spin-qubits dergelijke zorgen zullen helpen wegnemen. Het basisidee is om kleine microgolfpulsen te gebruiken om de spin van een elektron op een siliciumapparaat te regelen en dit te gebruiken om effectief qubits te maken.

Verwant verhaal

Verwant verhaal Mogelijk zijn er binnenkort meer kwantumprogrammeertalen dan kwantumcomputers.

Wetenschappers hebben gewerkt aan manieren om deze aanpak efficiënter te maken. In een krant vandaag gepubliceerd in Natuur , zeggen onderzoekers van de Technische Universiteit Delft in Nederland en de Universiteit van Wisconsin-Madison dat ze een machine met twee qubits konden programmeren op basis van spin-qubits om een ​​aantal algoritmen uit te voeren die doorgaans worden gebruikt om de effectiviteit van kwantummachines te testen, waaronder een die kan worden gebruikt voor het doorzoeken van een database.

Thomas Watson, een van de onderzoekers, zegt dat de vooruitgang van het team was gebaseerd op zaken als het vinden van betere manieren om de poorten in de machine te kalibreren, of de fundamentele kwantumcircuits. Hij denkt dat op silicium gebaseerde systemen er uiteindelijk voor kunnen zorgen dat qubits dichter op elkaar worden gepakt dan andere benaderingen. Hoe dichter qubits bij elkaar staan, hoe gemakkelijker het is om ze buren te laten beïnvloeden, wat de rekenkracht van machines verhoogt.

Het is echter niet alleen gezelligheid die ertoe doet. Als qubits zowel verre buren als buren kunnen beïnvloeden, zal een computer nog meer rekenkracht hebben om te buigen. Dat is de focus geweest van onderzoekers van de Princeton University, de University of Konstanz in Duitsland en het Joint Quantum Institute/NIST in Maryland. In een andere papier gepubliceerd in Natuur , beschrijven ze een methode om microgolffotonen te gebruiken om verre qubits te koppelen.

Er is nog veel werk aan de winkel om op silicium gebaseerde qubits zover te krijgen dat ze serieuzer worden genomen, maar het potentieel is er. Ze blijven langer in kwantumtoestanden dan hun supergeleidende tegenhangers, wat het mogelijk maakt om er meer operaties op uit te voeren. Ze kunnen ook functioneren bij hogere temperaturen, wat betekent dat ze niet zulke complexe uitrusting nodig hebben om ze te ondersteunen.

Intel denkt dat dit alles het gemakkelijker zal maken om kwantumcomputers op te schalen naar de miljoenen qubits die nodig zijn om een ​​echt nuttig commercieel systeem te maken. Daarom heeft het onderzoekers ondersteund die werken aan op silicium gebaseerde kwantumtechnologie. Het is ook van plan om wafers met vele duizenden kleine qubit-arrays te gaan produceren in dezelfde fabriek die zijn geavanceerde transistortechnologieën verwerkt.

Maar zelfs de grootste fan van silicium dekt zijn weddenschappen in de kwantumrace af: Intel ontwikkelt ook supergeleidende qubits.

zich verstoppen