Komputer kuantum, sistem pengkomputeran yang memproses maklumat menggunakan kesan mekanikal kuantum, boleh mengatasi komputer klasik dalam beberapa tugas pengiraan. Komputer ini bergantung pada qubit, unit asas maklumat kuantum, yang boleh wujud dalam berbilang keadaan (0, 1 atau kedua-duanya serentak), disebabkan oleh kesan kuantum yang dikenali sebagai superposisi dan belitan.
Kebanyakan komputer kuantum yang dibangunkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini adalah berdasarkan superkonduktor konvensional, bahan yang menunjukkan rintangan elektrik sifar pada suhu yang sangat rendah. Untuk beroperasi dengan pasti dan mempamerkan superkonduktiviti, litar berdasarkan bahan ini perlu disejukkan kepada suhu millikelvin.
Dalam komputer kuantum, setiap qubit biasanya memerlukan garis kawalannya sendiri. Ini bermakna jurutera perlu memperkenalkan beberapa wayar yang membawa denyutan elektrik (iaitu, talian isyarat), dan bilangan wayar yang diperlukan meningkat dengan bilangan qubit. Apabila komputer kuantum semakin besar, ini boleh menjadi masalah, kerana pemproses menjadi lebih sukar untuk dibina dan dikendalikan dengan pasti.
Penyelidik di Seeqc Inc., sebuah syarikat yang membangunkan sistem pengkomputeran kuantum digital, baru-baru ini memperkenalkan pemproses kuantum baharu yang boleh beroperasi dengan pasti dan pada suhu millikelvin, walaupun memerlukan pendawaian yang kurang ketara. Pemproses ini, yang diperkenalkan dalam kertas kerja yang diterbitkan dalamElektronik Alam Semula Jadi, mempunyai reka bentuk unik di mana qubit dan elektronik kawalannya disepadukan pada dua cip superkonduktor yang berasingan tetapi bersambung.
"Pembangunan platform pengkomputeran kuantum superkonduktor menghadapi cabaran penskalaan yang besar kerana garis isyarat individu diperlukan untuk mengawal setiap qubit, " tulis Caleb Jorda, Jacob Bernhardt dan rakan sekerja mereka dalam kertas kerja mereka. "Overhed pendawaian ini adalah hasil daripada tahap penyepaduan yang rendah antara elektronik kawalan pada suhu bilik dan qubit yang beroperasi pada suhu millikelvin. Alternatif yang menjanjikan ialah menggunakan elektronik kawalan digital superkonduktor kriogenik yang wujud bersama qubit."
Mengatasi cabaran pendawaian
Untuk mengatasi isu pendawaian yang setakat ini menghalang pembangunan-pemproses kuantum berskala lebih besar, pasukan penyelidik ini mereka bentuk modul berbilang-cip baharu. Modul ini terdiri daripada dua cip berasingan, satu qubit pengehosan dan satu lagi elektronik kawalan.
Para penyelidik secara khusus menggunakan-elektronik kawalan kuantum fluks tunggal, litar digital superkonduktor yang menjana denyutan elektrik yang sangat pendek dan tepat melalui isyarat magnet terkuantum yang kecil. Cip yang mengehos litar ini telah disambungkan kepada cip yang mengandungi litar superkonduktor menggunakan pendekatan yang dikenali sebagai ikatan cip-balik.
Pendekatan ini memerlukan meletakkan cip bersemuka-ke-dan kemudian memautkannya melalui bonggol logam mikroskopik. Keseluruhan modul berbilang-cip yang dibangunkan oleh Jorda, Bernhardt dan rakan sekerja mereka beroperasi dalam persediaan kriogenik yang mengekalkannya pada suhu millikelvin.
"Kami mempersembahkan unit pemproses kuantum yang aktif di mana qubit dan-elektronik kawalan kuantum fluks tunggal disepadukan ke dalam modul-berbilang cip tunggal melalui ikatan flip-cip," tulis pengarang. "Sistem kami menggunakan penyahmultipleksan digital untuk mengedarkan denyutan kawalan kepada beberapa qubit, dengan itu memecahkan penskalaan linear garis kawalan kepada bilangan qubit. Dengan pendekatan ini, kami menunjukkan-kesetiaan qubit tunggal melebihi 99% dan sehingga 99.9%."
Pendekatan baharu kepada pemproses kuantum kelas atas
Pemproses kuantum yang direka oleh pasukan penyelidik ini mempunyai kelebihan ketara berbanding banyak pemproses kuantum superkonduktor lain yang diperkenalkan pada masa lalu. Dalam ujian awal, ia didapati menunjukkan prestasi yang sangat baik, mengekalkan kawalan yang sangat baik ke atas qubit tanpa memerlukan pendawaian yang meluas.
Pada masa hadapan, reka bentuk baharu boleh ditingkatkan untuk mencipta pemproses kuantum yang lebih besar yang mengandungi banyak qubit tambahan dan dengan itu berpotensi menangani masalah pengiraan yang lebih kompleks. Selain itu, ia boleh memberi inspirasi kepada pengenalan modul kuantum berbilang{1}}cip serupa yang lain yang beroperasi dengan pasti dan lebih mudah untuk ditingkatkan.
