Cryogenic Cmos Chip Platform 777x455 1 2
Thông tin công nghệ

Vượt ra ngoài Qubits: Chip Cryogenic là một bước tiến lớn để mở rộng quy mô máy tính lượng tử

Nền tảng chip Cryogenic CMOS. Bản thân con chip nằm ngay bên dưới thành phần tỏa sáng, nơi chứa các qubit. Nhà cung cấp: Đại học Sydney

Chip Cryogenic cho phép kiểm soát hàng nghìn qubit.

Thông qua quan hệ đối tác của Microsoft với trường Đại học, Giáo sư David Reilly và các đồng nghiệp đã phát minh ra một thiết bị hoạt động ở nhiệt độ lạnh hơn 40 lần so với không gian sâu để điều khiển trực tiếp hàng nghìn qubit, nền tảng của công nghệ lượng tử.

Các nhà khoa học và kỹ sư tại Đại học Sydney và Tập đoàn Microsoft đã mở ra chương tiếp theo trong công nghệ lượng tử với việc phát minh ra một con chip duy nhất có thể tạo ra tín hiệu điều khiển cho hàng nghìn qubit, nền tảng của máy tính lượng tử.

“Để nhận ra tiềm năng của điện toán lượng tử , máy móc sẽ cần vận hành hàng nghìn, nếu không phải hàng triệu qubit,” Giáo sư David Reilly, nhà thiết kế chip, người có vị trí hợp tác với Microsoft và Đại học Sydney, cho biết.

Ông nói: “Các máy tính lượng tử lớn nhất thế giới hiện chỉ hoạt động với khoảng 50 qubit. “Quy mô nhỏ này một phần là do giới hạn đối với kiến trúc vật lý điều khiển các qubit.”

“Con chip mới của chúng tôi chấm dứt những giới hạn đó”.

Kết quả đã được công bố trên tạp chí Nature Electronics .

Nền tảng chip đông lạnh tại chỗ trong tủ lạnh pha loãng. Thiết bị có thể hoạt động ở 0,1 Kelvin. Nhà cung cấp: Đại học Sydney

Hầu hết các hệ thống lượng tử yêu cầu các bit lượng tử, hoặc qubit, để hoạt động ở nhiệt độ gần với độ không tuyệt đối (-273,15 độ). Điều này là để ngăn chúng mất ‘lượng tử’, đặc tính của vật chất hoặc ánh sáng mà máy tính lượng tử cần để thực hiện các phép tính chuyên biệt của chúng.

Để các thiết bị lượng tử có thể làm bất cứ điều gì hữu ích, chúng cần có hướng dẫn. Điều đó có nghĩa là gửi và nhận các tín hiệu điện tử đến và đi từ các qubit. Với kiến trúc lượng tử hiện tại, điều đó liên quan đến rất nhiều dây.

“Máy móc hiện nay tạo ra một dãy dây đẹp mắt để điều khiển các tín hiệu; chúng trông giống như một tổ chim mạ vàng ngược hoặc đèn chùm. Chúng đẹp, nhưng về cơ bản là không thực tế. Nó có nghĩa là chúng ta không thể mở rộng quy mô máy móc để thực hiện các phép tính hữu ích. Có một sự tắc nghẽn đầu vào và đầu ra thực sự, ”Giáo sư Reilly, cũng là Điều tra viên trưởng tại Trung tâm ARC về Hệ thống lượng tử được thiết kế (EQUS).

Kỹ sư phần cứng cao cấp của Microsoft, Tiến sĩ Kushal Das, một nhà phát minh chung của chip, cho biết: “Thiết bị của chúng tôi loại bỏ tất cả các loại cáp đó. Chỉ với hai sợi dây mang thông tin làm đầu vào, nó có thể tạo ra tín hiệu điều khiển cho hàng nghìn qubit.

“Điều này thay đổi mọi thứ đối với điện toán lượng tử.”

Giáo sư David Reilly từ Trường Vật lý thuộc Đại học Sydney giữ vị trí hợp tác với Tập đoàn Microsoft. Nhà cung cấp: Đại học Sydney

Chip điều khiển được phát triển tại Phòng thí nghiệm Lượng tử của Microsoft tại Đại học Sydney, một mối quan hệ đối tác học thuật-công nghiệp độc đáo đang thay đổi cách các nhà khoa học giải quyết các thách thức kỹ thuật.

“Xây dựng một máy tính lượng tử có lẽ là nhiệm vụ kỹ thuật thách thức nhất của thế kỷ 21. Điều này không thể đạt được khi làm việc với một nhóm nhỏ trong phòng thí nghiệm đại học ở một quốc gia duy nhất mà cần quy mô của một gã khổng lồ công nghệ toàn cầu như Microsoft, ”Giáo sư Reilly nói.

“Thông qua quan hệ đối tác với Microsoft, chúng tôi không chỉ đề xuất một kiến trúc lý thuyết để vượt qua nút thắt đầu vào – đầu ra mà chúng tôi đã xây dựng nó.

Ông nói: “Chúng tôi đã chứng minh điều này bằng cách thiết kế một chip silicon tùy chỉnh và ghép nó với một hệ thống lượng tử. “Tôi tự tin nói rằng đây là mạch tích hợp tiên tiến nhất từng được chế tạo để hoạt động ở nhiệt độ lạnh sâu.”

Nếu được thành hiện thực, máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ cách mạng hóa công nghệ thông tin bằng cách giải quyết các vấn đề vượt ra ngoài phạm vi của máy tính cổ điển trong các lĩnh vực đa dạng như mật mã, y học, tài chính, trí tuệ nhân tạo và hậu cần.

Ngân sách điện

Máy tính lượng tử đang ở giai đoạn tương tự như máy tính cổ điển vào những năm 1940. Các máy như ENIAC, máy tính điện tử đầu tiên trên thế giới, cần có các phòng chứa hệ thống điều khiển để đạt được bất kỳ chức năng hữu ích nào.

Đã mất nhiều thập kỷ để vượt qua những thách thức về khoa học và kỹ thuật mà giờ đây cho phép hàng tỷ bóng bán dẫn phù hợp với điện thoại di động của bạn.

Giáo sư Reilly nói: “Ngành công nghiệp của chúng tôi đang phải đối mặt với những thách thức thậm chí còn lớn hơn để đưa điện toán lượng tử vượt qua giai đoạn ENIAC.

Ông nói: “Chúng tôi cần thiết kế các chip silicon rất phức tạp hoạt động ở 0,1 Kelvin. “Đó là một môi trường lạnh hơn không gian sâu 30 lần”.

Nghiên cứu tiến sĩ của Tiến sĩ Sebastian Pauka tại Đại học Sydney bao gồm phần lớn công việc để giao tiếp các thiết bị lượng tử với chip. Ông nói: “Hoạt động ở nhiệt độ lạnh giá như vậy có nghĩa là chúng tôi có ngân sách điện năng thấp đến khó tin. Nếu chúng ta cố gắng đưa thêm sức mạnh vào hệ thống, chúng ta sẽ làm cho toàn bộ quá nóng ”.

Để đạt được kết quả của họ, các nhà khoa học tại Sydney và Microsoft đã chế tạo mạch tích hợp tiên tiến nhất để hoạt động ở nhiệt độ lạnh.

“Chúng tôi đã thực hiện điều này bằng cách thiết kế một hệ thống hoạt động gần với các qubit mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của chúng,” Giáo sư Reilly nói.

“Có thể nói, các hệ thống điều khiển qubit hiện tại đã được loại bỏ cách xa hành động vài mét. Chúng tồn tại hầu hết ở nhiệt độ phòng.

“Trong hệ thống của chúng tôi, chúng tôi không cần phải rời khỏi nền tảng đông lạnh. Con chip ở ngay đó với các qubit. Điều này có nghĩa là công suất thấp hơn và tốc độ cao hơn. Đó là một hệ thống điều khiển thực sự cho công nghệ lượng tử. ”

Nhiều năm kỹ thuật

Giáo sư Reilly cho biết: “Việc tìm ra cách điều khiển những thiết bị này cần nhiều năm phát triển kỹ thuật. “Đối với thiết bị này, chúng tôi đã bắt đầu cách đây 4 năm khi Đại học Sydney bắt đầu hợp tác với Microsoft, công ty đại diện cho khoản đầu tư lớn nhất vào công nghệ lượng tử ở Úc.

“Chúng tôi đã xây dựng rất nhiều mô hình và thư viện thiết kế để nắm bắt hành vi của bóng bán dẫn ở nhiệt độ lạnh sâu. Sau đó, chúng tôi phải chế tạo các thiết bị, xác minh, xác định đặc điểm và cuối cùng là kết nối chúng với qubit để xem chúng hoạt động trong thực tế. ”

Phó Hiệu trưởng kiêm Hiệu trưởng Đại học Sydney, Giáo sư Stephen Garton, cho biết: “Toàn thể cộng đồng đại học tự hào về thành công của Giáo sư Reilly và chúng tôi mong muốn tiếp tục hợp tác với Microsoft trong nhiều năm nữa”.

Giáo sư Reilly cho biết lĩnh vực này hiện đã thay đổi cơ bản. “Nó không chỉ về ‘đây là qubit của tôi’. Đó là về cách bạn xây dựng tất cả các lớp và tất cả công nghệ để tạo ra một cỗ máy thực sự.

‘Quan hệ đối tác của chúng tôi với Microsoft cho phép chúng tôi làm việc với sự nghiêm túc trong học tập, với lợi ích là thấy kết quả của chúng tôi nhanh chóng được đưa vào thực tế. “

Phó Hiệu trưởng (Nghiên cứu), Giáo sư Duncan Ivison, cho biết: “Quan hệ đối tác của chúng tôi với Microsoft nhằm hiện thực hóa tầm nhìn đầy cảm hứng của David Reilly để kích hoạt công nghệ lượng tử. Thật tuyệt khi thấy tầm nhìn đó trở thành hiện thực ”.

Giáo sư Reilly nói: “Nếu chúng tôi chỉ dừng lại ở học viện, con chip này sẽ không bao giờ được chế tạo.”

Nhà khoa học người Úc cho biết ông không dừng lại ở đó.

Ông nói: “Chúng tôi chỉ mới bắt đầu với làn sóng đổi mới lượng tử mới này. “Điều tuyệt vời về mối quan hệ đối tác là chúng tôi không chỉ xuất bản một bài báo và tiếp tục. Bây giờ chúng tôi có thể tiếp tục với kế hoạch chi tiết để hiện thực hóa công nghệ lượng tử ở quy mô công nghiệp ”.

Tham khảo: “Một chip CMOS đông lạnh để tạo tín hiệu điều khiển cho nhiều qubit” của SJ Pauka, K. Das, R. Kalra, A. Moini, Y. Yang, M. Trainer, A. Bousquet, C. Cantaloube, N. Dick , GC Gardner, MJ Manfra và DJ Reilly, ngày 25 tháng 1 năm 2021, Nature Electronics .
DOI: 10.1038 / s41928-020-00528-y

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Tập đoàn Microsoft và Trung tâm Xuất sắc của Hội đồng Nghiên cứu Úc về Hệ thống lượng tử được thiết kế. Chúng tôi ghi nhận cơ sở vật chất cũng như sự hỗ trợ khoa học và kỹ thuật của Cơ sở Nghiên cứu và đúc nguyên mẫu, Cơ sở Nghiên cứu cốt lõi tại Đại học Sydney, và một phần của Cơ sở Chế tạo Quốc gia Úc (ANFF).

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.