Australiska forskare kunde reducera felfrekvensen i halvledarkvitter, enhetscellerna på en kvantdator, till en nivå av 0,04%. Detta banar vägen för skapandet av universella datorer, säger fysiker i tidskriften Nature Electronics.
I flera år har Dzurak och hans universitetskollegor utvecklat de komponenter som behövs för att montera en fullfjädrad kvantdator i fast tillstånd. Så, 2010 skapade de en kvant enelektrontransistor, och 2012 - en fullfjädrad kiselkvbit baserad på fosfor-31-atomen.
2013 monterade de en ny version av qubit, vilket gjorde det möjligt att läsa data från det med nästan 100% noggrannhet och förblev stabilt under mycket lång tid. I oktober 2015 tog Dzurak och hans team det första steget mot att skapa den första silikonkvantdatorn genom att kombinera två qubits till en modul som utför en logisk ELLER-operation.
Det fanns bara ett steg kvar - att lära sig att kombinera liknande qubits med samma halvledarteknologi som själva kvantminnets celler. Det var oerhört svårt att göra detta, eftersom "vanliga" halvledarkvitter bara kan interagera med varandra på kort avstånd.
Efter att ha löst detta problem för två år sedan tänkte australiska forskare på hur man skulle "limma" qubits till en enda helhet och lära sig att "skriva ut" dem som elektroniktillverkarna gör när de skapar mikrokretsar. Frukten av dessa reflektioner var de första planerna för skapandet av kvant "mikrokretsar", som presenterades av Dzurak-teamet i december 2017.
Dessa idéer, som Dzurak noterade, lyckades hans team implementera i höstas med hjälp av den så kallade CMOS-tekniken - en av de vanligaste och beprövade metoderna för tillverkning av mikrokretsar. Forskare har använt den för att "skriva ut" alla komponenter i qubits, såväl som mikrovågsutsändare, kvantprickar och transistorer som behövs för att korrekt skriva nya data i en kvantminnecell.
Efter att ha löst detta problem tänkte fysiker på nästa stora steg - för att skapa en verkligt universell kvantdator, behövde de få sina qubits att fungera nästan perfekt, och göra misstag högst 1% av tiden. I det här fallet kan resten av problemen i deras arbete elimineras med hjälp av speciella felkorrigeringsalgoritmer och logiska, snarare än fysiska, bitar.
Som forskaren konstaterar finns det två sätt att förbättra noggrannheten för sådana enheter - genom att förbättra själva minnecellernas design och ändra hur information läses och skrivs in i dem. Australiska fysiker tog den andra vägen med algoritmer och tekniker utvecklade av sina teoretiska kollegor vid University of Sydney.
Kampanjvideo:
De hjälpte Zuraku och hans team att ändra strukturen på mikrovågskontrollpulserna på ett sådant sätt att antalet fel vid läsning eller skrivning av data minskades med flera storleksordningar. Som ett resultat gick forskare inte bara över "barriären för felkorrigering" utan också kringgått superledande och "atomiska" bitar, som tidigare ansågs vara mer lovande för att skapa komplexa kvantmaskiner.
I en nära framtid planerar båda grupper av forskare att genomföra liknande mätningar på kombinationer av flera qubits och mikrokretsar som Dzurak och hans team redan har skapat tidigare. Forskare hoppas att de kommer att kunna minska den totala felfrekvensen till en nivå som gör det möjligt att skapa en fullfjädrad kvantdator under de kommande åren.
