Een team in Australië heeft onlangs een belangrijke vooruitgang aangetoond op het gebied van metaaloxide-halfgeleider (of MOS-gebaseerde) kwantumcomputers. Ze toonden aan dat hun twee-qubit-poorten – logische bewerkingen waarbij meer dan één quantumbit of qubit betrokken is – 99 procent van de tijd foutloos werken. Dit getal is belangrijk omdat het de basis vormt die nodig is om foutcorrectie uit te voeren, wat noodzakelijk wordt geacht om een grootschalige kwantumcomputer te bouwen. Bovendien zijn deze op MOS gebaseerde quantumcomputers compatibel met bestaande CMOS-technologie, waardoor het makkelijker wordt om grote aantallen qubits op één chip te produceren dan met andere technieken.
“Het is belangrijk om voorbij de 99 procent te komen, omdat velen dit als de foutcorrectiedrempel beschouwen, in die zin dat als je betrouwbaarheid lager is dan 99 procent, het niet uitmaakt wat je doet bij de foutcorrectie”, zegt Yuval Boger, CEO van quantumcomputerbedrijf QuEra en die niet bij het werk betrokken was. “Je zult fouten nooit sneller corrigeren dan ze zich ophopen.”
Er zijn veel platforms die strijden in de race om een bruikbare kwantumcomputer te bouwen. IBM, Google en anderen bouwen hun machines uit supergeleidende qubits. Quantinuum en IonQ gebruiken afzonderlijke gevangen ionen. QuEra en Atom Computing gebruiken neutraal geladen atomen. Xanadu en PsiQuantum wedden op fotonen. De lijst gaat maar door.
In een nieuw resultaat heeft een samenwerking tussen de University of New South Whales (UNSW) en het Sydney-startupbedrijf Diraq, met medewerkers uit Japan, Duitsland, Canada en de VS, een andere aanpak gekozen: het vangen van individuele elektronen in MOS-apparaten. “Wat we proberen te doen is qubits maken die zo dicht mogelijk bij traditionele transistors liggen”, zegt Tuomo Tanttu, een onderzoeker bij UNSW die leiding gaf aan de inspanning.
Qubits die zich gedragen als transistors
Deze qubits lijken eigenlijk heel erg op een gewone transistor, zo gesloten dat er maar één elektron in het kanaal zit. Het grootste voordeel van deze aanpak is dat deze kan worden vervaardigd met behulp van traditionele CMOS-technologieën, wat theoretisch opschaling naar miljoenen qubits op één chip mogelijk maakt. Een ander voordeel is dat MOS-qubits kunnen worden geïntegreerd op een chip met standaardtransistors voor vereenvoudigde invoer, uitvoer en besturing, zegt Andrew Dzurak, CEO van Diraq.
Het nadeel van deze aanpak is echter dat MOS-qubits in het verleden last hebben gehad van apparaat-tot-apparaat-variabiliteit, waardoor er aanzienlijke ruis op de qubits ontstond.
“Gevoeligheid binnen [MOS] Er zullen meer qubits zijn dan in transistors, omdat je in transistors nog steeds 20, 30, 40 elektronen hebt die stroom voeren. In een qubit-apparaat heb je eigenlijk maar één elektron nodig”, zegt Ravi Pillarisetty, senior device engineer bij Intel Quantum Hardware, die niet bij het werk betrokken was.
Het resultaat van het team toonde niet alleen een nauwkeurige functionaliteit van 99 procent aan op de twee-qubit-poorten van de testapparaten, maar hielp ook om de bron van de variabiliteit tussen apparaten beter te begrijpen. Het team testte drie apparaten met elk drie qubits. Naast het meten van het foutenpercentage hebben ze ook uitgebreide onderzoeken uitgevoerd om de onderliggende fysieke mechanismen bloot te leggen die bijdragen aan de ruis.
De onderzoekers ontdekten dat een van de bronnen van ruis isotopische onzuiverheden in de siliciumlaag waren, die, wanneer gecontroleerd, de complexiteit van de circuits die nodig zijn om het apparaat aan te sturen aanzienlijk verminderden. De volgende belangrijkste oorzaak van ruis waren kleine variaties in elektrische velden, waarschijnlijk als gevolg van onvolkomenheden in de oxidelaag van het apparaat. Tanttu zegt dat dit eenvoudig te verbeteren zou moeten zijn door van een cleanroom in een laboratorium naar een gieterijomgeving te verhuizen.
“Het is een geweldig resultaat en een grote verbetering. En ik denk dat dit de juiste richting aangeeft voor de gemeenschap in termen van minder nadenken over één enkel apparaat, of het demonstreren van iets op één enkel apparaat, in plaats van op de lange termijn na te denken over een schaalpad”, zegt Pilarisetty.
De uitdaging zal nu zijn om deze apparaten op te schalen naar meerdere qubits. Een van de problemen bij het schalen is het aantal benodigde invoer-/uitvoerkanalen. Het kwantumteam van Intel, dat aan soortgelijke technologie werkt, heeft onlangs een chip geïntroduceerd die zij de Pando Tree noemen om dit probleem op te lossen. De Pando-boom zal zich op hetzelfde substraat bevinden als de kwantumprocessor, waardoor snellere invoer en uitvoer naar de qubits mogelijk is. Het Intel-team hoopt het te gebruiken om op te schalen naar duizenden qubits. “Een groot deel van onze aanpak bestaat uit het nadenken over hoe we onze qubit-processor meer op een moderne CPU kunnen laten lijken?”, zegt Pilarisetty.
Op dezelfde manier zegt Diraq CEO Dzurak dat zijn team van plan is zijn technologie in de nabije toekomst uit te breiden naar duizenden qubits via een onlangs aangekondigde samenwerking met Global Foundries. “Met Global Foundries hebben we een chip ontworpen die duizenden hiervan zal bevatten [MOS qubits]. En ze zullen met elkaar worden verbonden via klassieke transistorcircuits die we hebben ontworpen. Dit is ongekend in de wereld van quantum computing”, zegt Džurak.
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet