Imagen de un chip cuántico que alberga una matriz de barras transversales de 16 puntos cuánticos, perfectamente integrados en forma de tablero de ajedrez. Cada punto cuántico, como un peón en un tablero de ajedrez, puede identificarse y controlarse de forma única mediante un sistema de coordenadas de letras y números. Crédito de la imagen: Marek De Lauren para QuTech. Crédito: Marek De Lauren para QuTech
El nuevo enfoque del procesamiento de puntos cuánticos ofrece perspectivas de ampliar el número de qubits en los sistemas cuánticos y representa un avance importante en el campo de los sistemas cuánticos. Estadísticas cuantitativas.
Los investigadores han desarrollado una forma de manipular muchos puntos cuánticos con sólo unas pocas líneas de control utilizando un método similar a un tablero de ajedrez. Esto permitió el funcionamiento del sistema de puntos cuánticos vinculado a una puerta más grande jamás creado. Sus resultados son un paso importante en el desarrollo de sistemas cuánticos escalables para la tecnología cuántica práctica.
Los puntos cuánticos se pueden utilizar para almacenar qubits, los componentes básicos de una computadora cuántica. Actualmente, cada qubit requiere su propia línea de direccionamiento y una electrónica de control dedicada. Esto es muy poco práctico y contrasta marcadamente con la tecnología informática actual, donde miles de millones de transistores funcionan con sólo unos pocos miles de líneas.
Dirigir es como un tablero de ajedrez
Investigadores de QuTech, una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) y TNO, han desarrollado un método similar para la manipulación de puntos cuánticos. Así como las posiciones de las piezas de ajedrez se procesan mediante una combinación de letras (A a H) y números (1 a 8), sus puntos cuánticos se pueden procesar mediante una combinación de líneas horizontales y verticales. Cualquier punto del tablero de ajedrez se puede seleccionar y manipular mediante una combinación específica de una letra y un número. Su enfoque lleva la tecnología más avanzada al siguiente nivel y permite operar un sistema de 16 puntos cuánticos en una matriz de 4 x 4.
El primer autor Francesco Borsoy explica: «Este nuevo método de procesamiento de puntos cuánticos es útil para escalar muchos qubits. Si un solo qubit se controla y lee usando un solo cable, millones de qubits requerirán millones de líneas de control. Este enfoque no escala muy Bueno, sin embargo, si fuera posible controlar los qubits usando nuestro sistema similar a un tablero de ajedrez, millones de qubits podrían procesarse usando «sólo» miles de líneas, lo que corresponde a una proporción muy similar a la de los chips de computadora. Esta reducción de líneas da posibilidades para ampliar el número de qubits y representa un gran avance en las computadoras cuánticas, que eventualmente requerirán millones de qubits.
Mejorar cantidad y calidad
Las computadoras cuánticas no sólo requerirían millones de qubits, sino que la calidad de los qubits también es extremadamente importante. Autor reciente e investigador principal Minno Feldhorst: “RecientementeHemos demostrado que este tipo de qubits se pueden operar con una precisión de hasta el 99,992%. Este es el más alto para cualquier sistema de puntos cuánticos y significa un error promedio de menos de 1 por 10.000 operaciones. Estos avances han sido posibles gracias al desarrollo de métodos de control sofisticados y al uso de germanio como material huésped, que tiene muchas propiedades favorables para la operación cuántica.
Aplicación temprana en simulación cuántica.
Dado que la computación cuántica se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, es importante considerar el camino más rápido hacia una ventaja cuántica práctica. En otras palabras: ¿cuándo será «mejor» una computadora cuántica que una supercomputadora convencional? Una ventaja evidente sería la simulación de la física cuántica, ya que la interacción de los puntos cuánticos se basa en los principios de la mecánica cuántica. Resulta que los sistemas de puntos cuánticos pueden resultar muy eficaces en simulaciones cuánticas.
Feldhorst: «Y en otra publicación recienteHemos demostrado que se puede utilizar una serie de puntos cuánticos de germanio en simulaciones cuánticas. Este trabajo es la primera simulación cuántica coherente que utiliza materiales de fabricación de semiconductores estándar. Feldhorst: «Podemos realizar simulaciones primitivas de enlaces de valencia resonantes». Si bien este experimento se basó únicamente en un dispositivo pequeño, la realización de tales simulaciones en un sistema grande puede abordar cuestiones de física de larga data.
trabajo futuro
«Es emocionante ver que hemos dado varios pasos para escalar a sistemas más grandes, mejorar el rendimiento y ganar oportunidades en la computación cuántica y la simulación», concluye Feldhorst. «Sigue siendo una pregunta abierta hasta qué punto podemos crear Estos circuitos de tablero de ajedrez y, si hay un límite, si podemos conectar muchos de ellos mediante enlaces cuánticos para construir circuitos más grandes.
Referencia: “Control conjunto de una matriz de semiconductores de haz cuántico de 16 puntos” por Francesco Borsoy, Nico W. Hendricks, Valentin John, Marcel Meyer, Sayer Motz, Fleur van Rijlen, Amir Samak, Sander L. de Snow, Giordano Scapucci y Mino Fieldhurst, 28 de agosto de 2023, La nanotecnología de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41565-023-01491-3
