Technológia

A kvantumszámítástechnikai áttörés mögött a svéd egyetem áll

A svéd Chalmers Műszaki Egyetem egy új típusú hőmérővel ért el kvantumszámítási hatékonysági áttörést, amely képes egyszerűsíteni és gyorsan mérni a hőmérsékleteket a kvantumszámítások során.

A felfedezés egy fejlettebb benchmarking eszközt jelent, amely felgyorsítja Chalmers munkáját a kvantumszámítás fejlesztésében.

Az új hőmérő a legfrissebb újítás, amely az egyetem kutatásainak eredményeként fejlett kvantumszámítógép kifejlesztésére irányult. A Chalmers úgynevezett OpenSuperQ projektjét a Wallenberg Quantum Technology Center (WACQT) technológiai kutatószervezettel koordinálják, amely az OpenSuperQ projekt fő technológiai partnere.

A WACQT azt a célt tűzte ki célul, hogy 2030-ig olyan kvantum számítógépet építsen, amely képes a pontos számítások elvégzésére. Az ambiciózus cél mögött álló műszaki követelmények szupravezető áramkörökön és legalább 100 jól működő kvittel rendelkező kvantum számítógép fejlesztésén alapulnak. Ennek az ambíciónak az megvalósításához az OpenSuperQ projekt megköveteli az abszolút nullához közeli, ideális esetben akár 10 millikelvin (-273,14 ° C) hőmérsékletű processzor működési hőmérsékletét.

A Chalmers Egyetem göteborgi kutatóközpontjának székhelye, a 2018-ban elindított OpenSuperQ projekt 2027-ig tart. A göteborgi egyetem mellett a WACQT támogató projekteket is működtet a Királyi Műszaki Intézetben (Kungliga Tekniska Högskolan). Stockholmban és együttműködő egyetemek Lundban, Stockholmban, Linköpingben és Göteborgban.

A Knut és Alice Wallenberg Alapítvány és más 20 svédországi magánvállalattal együtt elkötelezett WACQT által irányított OpenSuperQ projektre előirányzott tőkefinanszírozás jelenleg 1,3 milliárd svéd korona (128 millió euró). Márciusban az alapítvány növelte a WACQT iránti finanszírozási kötelezettségvállalását, az elkövetkező négy évben megduplázva éves költségvetését 80 millió svéd koronára.

Az alapítvány megnövekedett finanszírozása a WACQT QC kutatócsoportjának kibővítéséhez vezet, és a szervezet további 40 kutatót kíván toborozni az OpenSuperQ projektbe 2021-2022-ben. Új csoportot kell létrehozni a nanofoton készülékek tanulmányozására, amelyek lehetővé teszik több kisebb kvantum processzor összekapcsolását egy nagy kvantum számítógéppel.

A Wallenberg szféra 16 állami és magán alapítványt foglal magában, amelyeket különböző családtagok működtetnek. Ezek az alapítványok évente mintegy 2,5 milliárd svéd koronát különítenek el a svédországi technológiai, természettudományi és orvostudományi kutatási projektekre.

Az OpenSuperQ projekt célja, hogy Svédországot előtérbe helyezze a kvantumtechnológiákban, ideértve a számítást, az érzékelést, a kommunikációt és a szimulációt. Peter Wallenberg, a Knut és Alice Wallenberg Alapítvány elnöke.

„A kvantumtechnológiának óriási lehetőségei vannak, ezért létfontosságú, hogy Svédország rendelkezik a szükséges szakértelemmel ezen a területen. A WACQT minősített kutatási környezetet épített ki és együttműködést alakított ki a svéd iparral. Sikeresen sikerült megoldani a bizonyított problémamegoldó képességű qubit. Nagy bizalommal haladhatunk abban, hogy mit fog elérni a WACQT. ”

Az új hőmérő áttörés megnyitja a kaput a kvantumtermodinamika dinamikus területén folytatott kísérletekhez Simone Gasparinetti, a Chalmers kvantumtechnológiai laboratóriumi adjunktusa.

“A hőmérőnk egy szupravezető áramkör, és közvetlenül kapcsolódik a mérendő hullámvezető végéhez” – mondta Gasparinetti. „Viszonylag egyszerű – és valószínűleg a világ leggyorsabb és legérzékenyebb hőmérője erre a célra millikelvin skála.”

A koaxiális kábelek és hullámvezetők – a hullámalakokat irányító és a kvantumprocesszorhoz kritikus kapcsolatként szolgáló struktúrák – továbbra is kulcsfontosságú elemek a kvantum számítógépekben. A mikrohullámú impulzusokat, amelyek a hullámvezetőkön jutnak el a kvantumprocesszorig, végig rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtik.

A kutatók számára alapvető cél annak biztosítása, hogy ezek a hullámvezetők ne hordozzanak zajt az általuk küldött impulzusok tetején lévő elektronok hőmozgása miatt. Az elektromágneses mezők pontos mérési leolvasására van szükség a mikrohullámú hullámvezetők hideg végén, azon a ponton, ahol a vezérlő impulzusokat a számítógép qubitjeibe juttatják.

A lehető legalacsonyabb hőmérsékleten végzett munka minimálisra csökkenti annak kockázatát, hogy hibák kerüljenek a qubitekbe. Eddig a kutatók ezt a hőmérsékletet csak közvetett módon és viszonylag hosszú késésekkel tudták mérni. A Chalmers Egyetem új hőmérője lehetővé teszi a nagyon alacsony hőmérsékletek közvetlen mérését a hullámvezető befogadó végén – magas pontossággal és rendkívül nagy időfelbontással.

Az egyetemen kifejlesztett új hőmérő hozzáadott értéket nyújt a kutatók számára a rendszerek hatékonyságának mérésére, a lehetséges hiányosságok azonosítása mellett. Per Delsing, a Chalmers mikrotechnológiai és nanotudományi tanszékének professzora és a WACQT igazgatója.

“Egy bizonyos hőmérséklet megfelel egy adott számú termikus fotonnak, és ez a szám a hőmérséklettel exponenciálisan csökken” – mondta. “Ha sikerül 10 millikelvinre csökkenteni a hőmérsékletet abban a végén, ahol a hullámvezető találkozik a kvittel, akkor a kvitjeink hibakockázata drasztikusan csökken.”

Az egyetem elsődleges szerepe az OpenSuperQ projektben az, hogy vezesse az OpenSuperQ kvantum számítógépen futtatható alkalmazásalgoritmusok fejlesztését. Támogatni fogja a kvantumkémia, az optimalizálás és a gépi tanulás algoritmusainak fejlesztését is.

Ezenkívül a Chalmers fő erőfeszítéseket tesz a kvantum koherenciájának javítására a több kapcsolt kvittel rendelkező chipekben, ideértve az eszköz tervezését, a folyamatfejlesztést, a gyártást, a csomagolást és a tesztelést. Ezenkívül kutatásokat folytat a 2-qubit-es kapuk teljesítményének értékelésére és fejlett qubit-vezérlési módszerek kifejlesztésére a célzott kapuhűségek elérése érdekében a szisztematikus és inkoherens hibák enyhítésére.