Komputer kuantum suhu bilik pertama di dunia dilancarkan! Tidak perlu sifar mutlak, teras utama sebenarnya 'diselubungi berlian'

Pengkomputeran kuantum ialah salah satu bidang penyelidikan yang paling menarik (dan digembar-gemburkan) sekarang. Dalam hal ini, syarikat permulaan Jerman dan Australia Quantum Brilliance baru-baru ini telah melakukan sesuatu yang besar. Komputer kuantum suhu bilik berasaskan berlian pertama di dunia telah berjaya dipasang di Oceania yang jauh!

Komputer kuantum suhu bilik komersial pertama di dunia

Dalam istilah mudah , komputer kuantum Quantum Brilliance tidak memerlukan sifar mutlak mahupun sistem laser yang kompleks. Jadi, mengapa suhu bilik sesuatu yang patut dibincangkan?

Idea asas sistem pengkomputeran kuantum ialah qubit boleh berada dalam keadaan yang bukan sahaja "1" atau "0", tetapi sesuatu yang dipanggil "keadaan superposisi" gabungan. Ini bermakna dua qubit boleh berada dalam keadaan superposisi "01", "10", "11" dan "00", dengan itu mewakili lebih banyak keadaan dan data.

Tetapi inilah masalahnya, sistem ini masih sangat sensitif terhadap persekitaran mereka hanya boleh mengekalkan keadaan superposisi tertentu untuk masa yang sangat terhad, iaitu "masa koheren". Jika masa koheren terhad, ia boleh menyebabkan ralat dalam pengiraan yang dilakukan oleh qubit.

Dalam komputer kuantum tradisional, kaedah penyejukan khas diperlukan untuk memastikan keselarasan kuantum, tetapi komputer kuantum suhu bilik boleh meninggalkan langkah ini. Koheren kuantum, atau dengan kata lain, hakikat bahawa zarah mesti berkelakuan seperti gelombang, adalah asas kepada semua kesan kuantum.

Jadi, bagaimanakah Pawsey mencapai operasi suhu bilik komputer kuantum?

Ini adalah mengenai kaedah pengkomputeran kuantum unik yang digunakan oleh Quantum Brilliance.

Mereka mengambil kesempatan daripada pusat lubang nitrogen yang wujud secara semula jadi dalam berlian sintetik, berbanding menggunakan rantai ion tradisional, titik kuantum silikon atau qubit penghantaran superkonduktor.

Lubang nitrogen merujuk kepada kecacatan pada kekisi berlian yang terdiri daripada atom nitrogen pengganti bersebelahan dengan lubang.

Pusat lubang nitrogen ini mempunyai keupayaan untuk menghasilkan photoluminescence dan boleh membaca putaran qubit berdasarkan ciri-ciri cahaya yang dipancarkan Mereka tidak perlu lagi berinteraksi secara langsung dengan qubit. kesan. Banyak teknik, seperti medan magnet, medan elektrik, sinaran gelombang mikro dan cahaya, boleh digunakan secara langsung untuk mengawal putaran elektron lubang nitrogen.

Struktur kekisi berlian dengan lubang nitrogen Menurut kertas putih yang dikeluarkan sebelum ini oleh syarikat itu, Komputer kuantum berlian yang beroperasi pada suhu bilik terdiri daripada pelbagai nod pemproses.

Setiap nod pemproses terdiri daripada pusat lubang nitrogen (NV) dan gugusan putaran nuklear: putaran nuklear nitrogen intrinsik dan sehingga 4 putaran nuklear 13C berdekatan kekotoran putaran. Putaran nuklear bertindak sebagai qubit komputer, dan lubang nitrogen berfungsi sebagai bas kuantum, pengantara permulaan dan pembacaan qubit, serta operasi berbilang qubit dalam dan antara nod.

Kesetiaan permulaan dan bacaan yang terbukti melebihi 99.6% pada tahun 2021, manakala kesetiaan gating single qubit dan qubit berganda masing-masing melebihi 99.99% dan 99%, dan masa gating yang sepadan ialah kira-kira 10 mikrosaat.

Sesetengah kerja telah menunjukkan bahawa menggunakan teknologi kawalan kuantum yang lebih maju, kesetiaan get boleh melebihi 99.999%, dan masa operasi get boleh kurang daripada 1 mikrosaat.

Disebabkan oleh pengehadan dalam fabrikasi topeng implan dan penyebaran ion yang diimplan, ketepatan ini tidak boleh dicapai menggunakan teknik implantasi ion nitrogen "atas ke bawah" sedia ada untuk mencipta pusat NV.

Salah satu ciptaan utama Quantum Brilliance ialah teknologi pembuatan berlian ketepatan peringkat atom "bawah ke atas" yang memintas pengehadan ini melalui kimia permukaan dan fotolitografi. Satu lagi ciptaan penting ialah cip kuantum bersepadu, yang mengecilkan dan menyepadukan sistem kawalan elektrik, optik dan magnet komputer kuantum berlian.

Walau bagaimanapun, menurut kertas putih, sistem itu hanya mempunyai 5 qubit, yang jelas jauh berbeza daripada 72 qubit Google.

Pemecut kuantum + pengkomputeran super =?

Pada masa kini, kebanyakan kerja pengkomputeran kuantum dilakukan dalam persekitaran simulasi pada platform seperti Quiskit IBM dan inisiatif cuQuantum Nvidia. Selain itu, arus perdana komputer kuantum adalah kerangka utama yang merujuk kepada saiz produk sedia ada biasanya menduduki beberapa meter persegi atau bahkan saiz bilik.

Ini kerana pelbagai perkakasan kuantum mengehadkan saiz kerangka utama, kerana ia adalah mesin yang besar dan rapuh yang memerlukan suhu ultra-rendah dan/atau tekanan ultra-rendah dan sistem kawalan yang kompleks untuk beroperasi . Jika tiada komputer kuantum suhu bilik, maka keadaannya ialah terdapat beberapa kerangka utama kuantum dalam setiap superkomputer dan kemudahan pengkomputeran awan di dunia, tetapi tidak mungkin untuk mempromosikannya setakat aplikasi yang meluas. Menggunakan komputer kuantum suhu bilik dalam pusat superkomputer akan membolehkan penyelidik benar-benar memanfaatkan pengkomputeran, penyelenggaraan dan penyepaduan di tapak.

Pada masa yang sama, kerjasama dengan Pusat Penyelidikan Pengkomputeran Super Pawsey juga adalah untuk mewujudkan persekitaran hibrid awal untuk mempercepatkan gandingan sistem kuantum dan klasik yang boleh mendiagnosis kesesakan dan membuat penambahbaikan yang mungkin kepada integrasi kuantum-klasik. Mengintegrasikan pemecut kuantum ke dalam seni bina HPC akan membantu 4,000 Penyelidiknya mempelajari lebih lanjut tentang cara kedua-dua sistem boleh berfungsi bersama. Ini akan menyediakan tempat ujian yang boleh menunjukkan aplikasi praktikal, jadi penyelidik kami boleh bekerja dengan lebih cekap - memajukan sains kuantum dan mempercepatkan penyelidikan masa depan. "Ini adalah langkah penting ke arah masa depan pengkomputeran hibrid."

Perbelanjaan lebih 100 juta: Singapura untuk membina komputer kuantum pertama31 Mei, Di Asia Acara Tech x Singapura di Singapura, Timbalan Perdana Menteri, Menteri Penyelaras bagi Dasar Ekonomi dan Pengerusi Yayasan Penyelidikan Nasional Heng Swee Keat mengumumkan pelancaran rasmi Program Kejuruteraan Kuantum (QEP). Singapura akan menyatukan tiga platform nasional untuk membangunkan keupayaan dalam pengkomputeran kuantum, komunikasi selamat kuantum dan pembuatan peranti kuantum.

Menurut Pelan Penyelidikan, Inovasi dan Perusahaan 2020 Singapura, pelan itu melabur S$23.5 juta (kira-kira 114 juta yuan) dalam ketiga-tiga platform ini untuk tempoh maksimum 3.5 tahun. Platform ini akan menerima sokongan lanjut daripada seluruh komuniti penyelidikan.

Tiga platform kuantum kebangsaan terdiri daripada Universiti Nasional Singapura (NUS) dan Universiti Teknologi Nanyang Singapura Dihoskan oleh Universiti (NTU Singapura), Agensi Sains, Teknologi dan Penyelidikan Singapura (A*STAR) dan Pusat Pengkomputeran Besar Kebangsaan Singapura (NSCC), masing-masing:

• Pusat Pengkomputeran Kuantum Negara – Membangunkan keupayaan pengkomputeran kuantum dan meneroka aplikasi melalui kerjasama industri;
• Rangkaian Keselamatan Kuantum Negara - percubaan seluruh negara bagi teknologi komunikasi selamat kuantum yang direka untuk meningkatkan keselamatan siber infrastruktur kritikal.

Pusat Pengkomputeran Kuantum Kebangsaan (NQCH)

NQCH akan mengumpulkan kepakaran dan sumber daripada pasukan Pusat Teknologi Kuantum (CQT) di Universiti Nasional Singapura dan Universiti Teknologi Nanyang, Institut Pengkomputeran Berprestasi Tinggi (IHPC) A*STAR dan Pusat Pengkomputeran Super Nasional ( NSCC) di Singapura, membina ekosistem pengkomputeran kuantum di Singapura. National Quantum Fabless Fab (NQFF)

National Quantum Fabless Fabric (NQFF) yang terletak di A*STAR ialah penyelidikan bahan dan Institut Penyelidikan Kejuruteraan (IMRE) akan menyokong fabrikasi mikro dan nano peranti kuantum dalam tiga tonggak pengkomputeran kuantum, komunikasi dan penderiaan QEP. Ia juga akan membangunkan peranti pemboleh yang berkaitan dengan keperluan strategik Singapura dalam ekosistem teknologi kuantum.

Rangkaian Keselamatan Kuantum Negara (NQSN)

NQSN diumumkan pada Februari 2022 akan menjalankan percubaan teknologi komunikasi keselamatan kuantum di seluruh negara, menyediakan keselamatan siber yang kukuh untuk infrastruktur kritikal dan syarikat yang mengendalikan data sensitif. Inisiatif ini diketuai oleh CQT serta Universiti Nasional Singapura dan Universiti Teknologi Nanyang, dengan lebih daripada 15 rakan usaha sama swasta dan kerajaan.

Dalam hal ini, Profesor José Ignacio Latorre, Pengarah CQT di Universiti Kebangsaan Singapura dan Ketua Penyiasat NQCH, mengulas Said: "Pengkomputeran kuantum akan datang. Persoalannya bukan 'bila' tetapi 'siapa yang akan bersedia untuk menggunakan teknologi ini'

Atas ialah kandungan terperinci Komputer kuantum suhu bilik pertama di dunia dilancarkan! Tidak perlu sifar mutlak, teras utama sebenarnya 'diselubungi berlian'. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!