Gammaldags kisel kan vara nyckeln till att bygga allestädes närvarande kvantdatorer

I decennier har kiselchips varit kärnan i alla typer av datorenheter. Men i kapplöpningen om att skapa kvantdatorer, en otroligt kraftfull ny typ av teknik, har kisel tagit ett baksäte till andra material. Nya framsteg kan göra det mer attraktivt.

I teorin borde kisel vara en bra kandidat för att driva nästa generations maskiner. Det finns redan en enorm infrastruktur inriktad på att producera datorchips av kisel. Och metoder finns redan för att generera qubits, eller kvantbitar, med hjälp av kiselbaserade metoder.

Qubits är de grundläggande byggstenarna i kvantmaskiner. En qubits förmåga att vara i två tillstånd ( 0 och ett ) på samma gång – känd som superposition – möjliggör den massivt parallella bearbetningen som är avsedd att överträffa kapaciteten hos de mest kraftfulla konventionella datorerna.

Men kiselbaserade tillvägagångssätt har visat sig vara mindre populära än alternativa sätt att generera qubits, till exempel ett som använder supraledande material som aluminium kylt till extrema temperaturer. Bland andra skäl har kisel till stor del undvikits eftersom det är svårt att kontrollera qubits som genereras på det sättet och det är oklart om de resulterande maskinerna skulle skala bra.

Chipjätten Intel hoppas att spin qubits kommer att hjälpa till att lösa sådana problem. Grundidén är att använda små mikrovågspulser för att styra spinn av en elektron på en kiselenhet och använda detta för att effektivt skapa qubits.

Relaterad berättelse

Relaterad berättelse Det kan snart finnas fler kvantprogrammeringsspråk än det finns kvantdatorer.

Akademiker har arbetat på sätt att göra detta tillvägagångssätt mer effektivt. I ett papper publiceras idag i Natur , säger forskare vid Delft University of Technology i Nederländerna och University of Wisconsin–Madison att de kunde programmera en två-qubit-maskin baserad på spin-qubits för att exekvera ett par algoritmer som vanligtvis används för att testa effektiviteten hos kvantmaskiner, inklusive en som kan användas för att söka i en databas.

Thomas Watson, en av forskarna, säger att lagets framsteg baserades på saker som att hitta bättre sätt att kalibrera grindarna i maskinen eller de grundläggande kvantkretsarna. Han tror att kiselbaserade system i slutändan kan tillåta att qubits packas tätare tillsammans än andra tillvägagångssätt. Ju närmare qubits är varandra, desto lättare är det att få dem att påverka grannar, vilket ökar maskinernas beräkningskraft.

Det är dock inte bara mysigheten som gäller. Om qubits kan påverka mer avlägsna grannar såväl som de nära dem, kommer en dator att ha ännu mer beräkningsmuskel att flexa. Det har varit i fokus för forskare vid Princeton University, University of Konstanz i Tyskland och Joint Quantum Institute/NIST i Maryland. I en annan papper publicerad i Natur , beskriver de en metod för att använda mikrovågsfotoner för att hjälpa till att koppla avlägsna qubits.

Det finns fortfarande mycket arbete att göra för att få kiselbaserade qubits till en punkt där de tas på större allvar, men potentialen finns där. De stannar i kvanttillstånd längre än sina supraledande motsvarigheter, vilket gör det möjligt att utföra fler operationer på dem. De kan också fungera vid högre temperaturer, vilket innebär att de inte behöver så komplicerad utrustning för att stödja dem.

Intel tror att allt detta kommer att göra det lättare att skala kvantdatorer till de miljontals qubits som behövs för att göra ett riktigt användbart kommersiellt system, vilket är anledningen till att det har stöttat forskare som arbetar med kiselbaserad kvantteknologi. Man planerar också att börja tillverka wafers med många tusen små qubit-arrayer i samma fabrik som hanterar dess avancerade transistorteknologier.

Men även kisels största fan är att säkra sina satsningar i kvantloppet: Intel utvecklar också supraledande qubits.

Dölj