211service.com
Vi skulle ha fler kvantdatorer om det inte var så svårt att hitta de jävla kablarna
Kvantmaskiner kommer att ge nästa stora steg framåt inom datoranvändning, men forskare som bygger dem kan inte lätt få några av de exotiska komponenter de behöver. 17 januari 2019
University of California, Berkeley/Keegan Houser
Blake Johnson ägnar mycket tid åt att tänka på saker som supraledande kablar och underkylda kylskåp. Som vice vd för kvantteknik på Beräkningsavslag , en start som gör kvantdatorer, Johnson är ansvarig för att hitta och skaffa de komponenter som behövs för att sätta ihop maskinerna.
Det är utmanande, eftersom det som en gång var en esoterisk, experimentell teknik håller på att förvandlas till mer mainstream-teknik som försvaras av jätteföretag som IBM, Google och Kinas Alibaba, såväl som av ambitiösa startups som Rigetti och IonQ. Som ett resultat växer efterfrågan mycket snabbare än utbudet inom vissa kritiska områden.
Det kan till exempel ta många månader – och ibland ett år eller mer – att få tag i specialiserade utspädningskylskåp som kan kylas till temperaturer som är kallare än yttre rymden för att hjälpa till att skapa kvantbitar, eller qubits, som är nyckeln till kvantdatorer. kraft. En annan chokepunkt, säger Johnson, är den specialiserade kablage som behövs för att överföra mikrovågssignaler som styr qubits.
De långa ledtiderna som krävs för att skaffa vissa komponenter hindrar utvecklingen. Detta saktar ner förmågan hos team att arbeta parallellt med forskning inom området, säger Irfan Siddiqi, professor vid University of California, Berkeley.
Exotisk teknik
En stor anledning till huvudvärken är att kvantdatorer inte kan använda mycket av den infrastruktur som utvecklats för klassiska maskiner. De är baserade på exotiska principer, och det betyder att de har riktigt exotisk hårdvara, konstaterar Chris Monroe, professor vid University of Maryland och VD för IonQ .
Till skillnad från klassiska bitar, som kan representera antingen en ett eller a 0 , qubits är partiklar som atomer eller elektroner som kan uppta ett kvanttillstånd av båda ett och 0 samtidigt som de får ett bestämt värde först när de mäts. De kan också påverka varandra via en nästan mystisk process som kallas förtrassling.
Dessa egenskaper skulle en dag kunna göra det möjligt för en kvantmaskin att överträffa även den mest kraftfulla klassiska superdatorn. Men att producera och hantera qubits är fortfarande en enorm teknisk utmaning.
Rigetti, liksom Google och IBM, fokuserar på att använda elektroner som strömmar genom supraledande ledningar kylda till extrema temperaturer, vilket förklarar behovet av utspädningskylarna. Problemet är att dessa enorma cylindrar, som kan kosta mellan 500 000 och 1 miljon dollar styck, är specialtillverkade, och forskare säger att endast ett fåtal företag, som BlueFors i Finland och Oxford Instruments i Storbritannien, producerar sådana av hög kvalitet.
Kylskåpen kräver också en kombination av gaser för underkylning, inklusive helium-3, en isotop av helium som Johnson säger är oerhört svår att hitta. Det är vanligtvis en biprodukt av kärnforskning och vapenprogram som drivs av regeringar, som noggrant kontrollerar tillgängligheten. Gasen är så sällsynt att den kan kosta upp till $40 000 för den mängd som behövs för ett kylskåp.
Kabelföretag
Sedan finns det de supraledande kablarna som bär signalerna som används för att styra qubits. Dessa är speciellt utformade för att leda väldigt lite värme så att de inte stör qubits känsliga kvanttillstånd inuti kylskåpen. Johnson säger att bara en huvudtillverkare levererar till dem, ett japanskt företag som heter Coax Co.
Kvantdatorer kan byggas på andra sätt som inte är beroende av kryogenik, men dessa står inför sina egna utmaningar. Monroes företag, till exempel, fångar enskilda atomer i elektromagnetiska fält på ett kiselchip i en ultrahögvakuumkammare. Lasrar används sedan för att kontrollera atomära qubits.
För att få processen att fungera måste chippet ha små avlagringar av guld på sig. Men standardfabriker för kiseltillverkning, eller fabriker, är inte inrättade för att hantera sådana specialiserade krav. IonQ sätter ihop ett team för att utveckla sin egen design och för att väcka externt intresse för att göra dem.
UC Berkeleys Siddiqi säger att han använder tal på konferenser som DesignCon , ett stort evenemang för elektroniska komponenter i Silicon Valley senare denna månad, för att uppmuntra fler företag att intressera sig för kvantindustrin. USA:s nya nationella plan för att främja kvantinformationsvetenskap, och en liknande i Europa, kan också stimulera till mer aktivitet bland potentiella leverantörer.
Startups kan också hjälpa. Ett ungt företag i Nederländerna, Delft Circuits , utvecklar redan teknik för att övervaka och kontrollera qubits, inklusive några specialiserade kablar för att bära mikrovågssignaler.
Jakob Kammhuber, dess chief technology officer, säger att medan kvantdatorer sträcker sig för att hantera runt 100 qubits idag, kommer den siffran att behöva skjuta i höjden dramatiskt för att maskinerna ska vara riktigt användbara, och innovativa hårdvarulösningar kommer snabbt att behövas för att kontrollera dem.