מחשבים קוונטיים שהם למעשה שימושיים צעד אחד קרוב יותר הודות למעבד סיליקון חדש שיכול לארוז מיליוני קיוביטים

מדענים אומרים שהם הגיעו ל"נקודת הטיה קריטית" לאחר שפיתחו טכנולוגיה שהופכת מעבדים קוונטיים מבוססי סיליקון לבעלי קיימא יותר.

חברת המחשוב הקוונטי Equal1 יצרה יחידת עיבוד קוונטית (QPU) שניתן לבנות באמצעות תהליכי ייצור מוליכים למחצה קונבנציונליים. זה שולל את המורכבות וההוצאות הכרוכות בדרך כלל בייצור מעבדים קוונטיים באמצעות חומרים אקזוטיים או טכניקות מסובכות.

החברה גם פיתחה את מה שנציגים כינו "שבב הבקר הקוונטי המורכב ביותר שפותח עד כה". זה יכול לפעול בטמפרטורות נמוכות במיוחד ולסלול את הדרך למיליוני קיוביטים בשבב בודד - כלומר הוא יכול להתמודד עם מספר עצום של סיביות קוונטיות של מידע בו זמנית תוך שמירה על יציבות ומדויקת לחישובים.

לעומת זאת, השבבים הקוונטיים החזקים ביותר כיום מכילים רק קיוביטים באלפים והם בנויים עם מוליכים, כולם דורשים קירור עד קרוב לאפס המוחלט על מנת לבצע חישובים קוונטיים.

יחד, הטכנולוגיות החדשות "סוללות את הדרך לשלב הבא שלולהדגים שהדרך המהירה ביותר לקנה מידה היא למנף תשתית סיליקון קיימת", אמרו נציגי Equal1 בהַצהָרָה.

אי-מעשיות קוונטית

בניית שבבים קוונטיים היא תהליך קשה ויקר ידוע לשמצה. שלא כמו שבבי מחשב רגילים, המסתמכים על ביטים בינאריים לעיבוד מידע כ-1 או 0, שבבים קוונטיים משתמשים, המעוגנים בעקרונות של.

לקוביטים יש מאפיינים מיוחדים המאפשרים להם להתקיים במספר מצבים בו זמנית - תופעה הנקראת סופרפוזיציה - ולעבוד יחד בדרכים שביטים מסורתיים אינם יכולים לעבור תהליך הנקרא. העיבוד המקביל שנוצר מאפשר למחשבים קוונטיים לפתור בעיות הרבה מעבר ליכולות של מערכות קלאסיות.

עם זאת, קיוביטים הם שבירים להפליא. הם פועלים רק כאשר הם נשמרים במצב של קוהרנטיות, כלומר הם שומרים על המצב הקוונטי שלהם מספיק זמן כדי לבצע חישובים. הקוהרנטיות מופרעת בקלות על ידי גורמים סביבתיים כמו שינויי טמפרטורה או רעש אלקטרומגנטי - ומכאן הצורך בטמפרטורות נמוכות במיוחד, כדי למנוע הפרעות.

קָשׁוּר:

בדרך כלל, שבבים קוונטיים מיוצרים גם באמצעות חומרים אקזוטיים או בהתאמה אישית כמו מתכות מוליכות-על, הדורשות תהליכי ייצור יקרים ומורכבים. החידוש של Equal1 הוא השימוש בסיליקון - אחד החומרים הנפוצים והנפוצים ביותר בתעשיית המוליכים למחצה.

סיליקון מספק סביבה יציבה לקיוביטים, במיוחד בעת שימוש בתערובת חומרים הנקראתסיליקון גרמניום (SiGe). במחקר שפורסם ב-2 בדצמבר למסד הנתונים הטרום-הדפסהarXiv, מדענים Equal1 הסבירו כי SiGe משלב את היציבות של הסיליקון עם יכולתו של גרמניום לשפר את הביצועים האלקטרוניים, מה שהופך אותו למתאים היטב ליישומים קוונטיים. וחשוב מכך, ניתן לייצר שבבי SiGe באמצעות אותם תהליכים ומפעלים שכבר משמשים לייצור שבבי מחשב מסורתיים, שעלולים לייצר מעבדים קוונטיים.

נציגי Equal1 אמרו כי מערך ה-SiGe 6-qubit שלה - שהוא החלק בשבב שבו נוצרים ונשלטים קיוביטים - פרץ דרך בשני תחומים מרכזיים: הדיוק של פעולות השער הקוונטי והמהירות שבה פעולות אלו מבוצעות.

באופן ספציפי, השבב הפגין נאמנות שער של קיוביט בודד של 99.4% עם מהירות פעולה של 84 ננו-שניות ונאמנות שער של שני קיוביטים של 98.4% עם מהירות של 72 ננו-שניות. דיוק גבוה, או נאמנות, בשערים קוונטיים ממזער שגיאות בחישובים, בעוד שמהירות שערים מהירות יותר מפחיתות את הסיכון של קיוביטים לאבד את התכונות הקוונטיות שלהם במהלך פעולות. גורמים אלווהיכולת של קיוביטים לשמור על המצבים הקוונטיים שלהם מספיק זמן כדי להשלים פעולות מורכבות.

"תוצאה זו מדגימה את התועלת העצומה של קיוביטים סיליקון - היכולת להשיג את הביצועים הנדרשים לשינוי קנה מידה בשני תחומים מרכזיים - נאמנות ומהירות של שערים קוונטיים." נודר סמחרדזה, אדריכל קוונטים ראשי ב-Equal1, אמר בהצהרה.

שמים עליו סיבוב

כדי להבטיח פעולות קוונטיות אמינות, המכשיר של Equal1 משתמש ב"ספין קיוביטים". ספין קיוביטים מקודדים מידע פנימה. במחקר שלהם, המדענים אמרו כי ספין קיוביטים מתאימים במיוחד לשילוב עם סיליקון מכיוון שסיליקון מספק סביבה יציבה לספינים של אלקטרונים. זה מפחית את הסיכון של קיוביטים לאבד את התכונות הקוונטיות העדינות שלהם עקב הפרעות מסביבתם.

Equal1 פיתחה גם שבב בקר קוונטי המשתמש בארכיטקטורת ריבוי אריחים; עיצוב זה מחלק שבב למספר אריחים שיכולים לפעול באופן עצמאי למחצה. ארכיטקטורה זו היא המפתח לשינוי קנה מידה של מערכות קוונטיות מכיוון שהיא מאפשרת להפיץ פונקציות בקרה על פני השבב, תוך הימנעות מצווארי הבקבוק שעלולים להתרחש כאשר מסתמכים על יחידת עיבוד אחת.

הבקר פועל ב-300 מילקלווין - טמפרטורה ממש מעל- מה שמאפשר לו לנהל ביעילות קיוביטים תוך שמירה על התנאים הדרושים לקוהרנטיות. נציגי Equal1 אמרו שהבקר כולל גם טכנולוגיית תיקון שגיאות מונעת בינה מלאכותית (AI), המאפשרת התאמות בזמן אמת השומרות על היציבות והדיוק של פעולות קוונטיות.

"היום מהווה נקודת פיתול קריטית עבור Equal1 ותעשיית המחשוב הקוונטי", הוסיפה אלנה בלוקהינה, מנהלת המדעית הראשית של החברה, בהצהרה. "Equal1 תמיד האמינה שסיליקון הוא הכלי לשינוי קנה מידה של מחשבים קוונטיים, וכיום, עם תוצאות קוביט ושבבי בקרה המובילות בעולם, עשינו צעד גדול לקראת החזון הזה."