Ang sikreto sa paglikha ng superconducting dami ng mga computer na may napakalaking kapangyarihan sa computing

Sinukat at sinusubaybayan ng mga physist ng NIST ang superconducting quantum bit (qubit) gamit ang isang light-conduct fiber (ipinahiwatig ng isang puting arrow) sa halip na mga metal electrical cable na 14 na ipinakita dito sa cryostat. Gamit ang hibla, maaaring tipunin ng mga mananaliksik ang isang milyong qubit sa isang computer na kabuuan, hindi lamang sa ilang libo. May-akda: F. Lecock / NIST

Ang optikal na hibla ay maaaring dagdagan ang lakas ng superconducting mga computer na kabuuan

Ang sikreto ng paglikha ng superconducting mga computer na kabuuan na may napakalaking kapangyarihan sa computing ay maaaring isang maginoo na teknolohiya ng telecommunication – optical fiber.

Ang mga Physistist mula sa National Institute of Standards and Technology (NIST) ay sinukat at sinusubaybayan ang isang superconducting quantum bit (qubit) na gumagamit ng fiber optic fiber sa halip na mga metal electrical wires, na naglalaan ng paraan para sa pag-iimpake ng isang milyong qubit sa isang computer na kabuuan, hindi lamang sa ilang libong . Ang demonstrasyon ay inilarawan sa isyu ng Marso 25 Kalikasan.

Ang mga superconducting circuit ay ang nangungunang teknolohiya para sa paglikha ng mga computer na kabuuan dahil ang mga ito ay maaasahan at madaling gawa ng masa. Ngunit ang mga circuit na ito ay dapat na gumana sa mga cryogenic temperatura, at ang mga circuit ay nag-uugnay sa kanila sa mga electronics ng temperatura ng kuwarto ay kumplikado at madaling kapitan ng overheating. Inaasahan na ang isang unibersal na kabuuan ng computer na may kakayahang malutas ang anumang uri ng problema ay mangangailangan ng halos 1 milyong qubits. Maginoo cryostat – ang mga refrigerator na may supercold dilution – na may mga metal na kable ay maaaring suportahan ng hindi hihigit sa isang libo.

Ang Optical fiber, ang batayan ng mga network ng telecommunications, ay may isang baso o plastic rod na maaaring magdala ng maraming signal ng ilaw nang hindi nagsasagawa ng init. Ngunit ang mga superconducting na kwantum na computer ay gumagamit ng mga pulso ng microwave upang maiimbak at maproseso ang impormasyon. Samakatuwid, ang ilaw ay kailangang mai-convert nang tumpak sa mga microwave oven.

Upang malutas ang problemang ito, pinagsama ng mga mananaliksik ng NIST ang hibla sa maraming iba pang mga karaniwang sangkap na nagko-convert, nagpapadala, at sumusukat sa ilaw sa antas ng mga solong maliit na butil o photon, na kung saan ay madaling mai-convert sa mga oven ng microwave. Ang sistema ay nagtrabaho pati na rin ang mga kable ng metal, at pinapanatili ang marupok na kabuuan ng estado ng qubit.

“Sa palagay ko ang pag-unlad na ito ay magkakaroon ng malaking epekto sapagkat pinagsasama nito ang dalawang ganap na magkakaibang teknolohiya, photonics at superconducting qubits, upang malutas ang isang napakahalagang problema,” sabi ng pisisista ng NIST na si John Teufel. “Ang optikal na hibla ay maaari ring magdala ng mas maraming data sa isang mas maliit na halaga kaysa sa isang regular na cable.”

Kadalasan, ang mga mananaliksik ay lumilikha ng mga pulso ng microwave sa temperatura ng kuwarto at pagkatapos ihahatid ang mga ito sa pamamagitan ng mga coaxial metal cable upang cryogenically suportado ang mga superconducting qubit. Ang bagong pag-install ng NIST ay gumamit ng mga optika ng hibla sa halip na metal upang idirekta ang mga ilaw na signal sa mga cryogenikong photodetector, na nag-convert ng mga signal pabalik sa mga microwave oven at inihatid ang mga ito sa qubit. Para sa layunin ng paghahambing sa pang-eksperimentong, ang mga microwave ay maaaring idirekta sa qubit alinman sa pamamagitan ng isang photon bond o sa pamamagitan ng isang maginoo na linya ng coaxial.

Ang “transmon” qubit, na ginamit sa eksperimento sa hibla, ay isang aparato na kilala bilang paglipat ni Josephine na itinayo sa isang three-dimensional tank o lukab. Ang paglipat na ito ay binubuo ng dalawang superconducting metal na pinaghiwalay ng isang insulator. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang kasalukuyang kuryente ay maaaring tumawid sa kantong at maaaring mag-oscillate pabalik-balik. Sa pamamagitan ng paglalapat ng isang tiyak na dalas ng microwave, maaaring makontrol ng mga mananaliksik ang qubit sa pagitan ng mababang lakas at nasasabik na mga estado (1 o 0 sa numerong computing). Ang mga estado na ito ay batay sa bilang ng mga pares ng Cooper – nakagapos na mga pares ng mga electron na may kabaligtaran na mga katangian na “naipasa ang lagusan” sa pamamagitan ng paglipat.

Ang koponan ng NIST ay nagsagawa ng dalawang uri ng mga eksperimento gamit ang pagkakabit ng photon upang makabuo ng mga pulso sa microwave na alinman sa sinusukat o sinusubaybayan ang kabuuan ng estado ng qubit. Ang pamamaraan ay batay sa dalawang ugnayan: Ang dalas kung saan natural na tumatalbog ang mga oven sa microwave sa isang lukab, na tinatawag na resonant frequency, nakasalalay sa estado ng qubit. At ang dalas kung saan lumilipat ang qubit ng estado ay nakasalalay sa bilang ng mga photon sa lukab.

Karaniwang nagsimula ang mga mananaliksik ng mga eksperimento sa isang generator ng microwave. Upang makontrol ang estado ng kabuuan ng qubit, ang mga aparato na tinatawag na mga electro-optical modulator ay pinapalitan ang mga oven ng microwave sa mas mataas na mga frequency ng salamin. Ang mga light signal na ito ay dumaan sa optical fiber mula sa temperatura ng kuwarto hanggang 4 kelvins (minus 269 C o minus 452 F) hanggang sa 20 milliquilins (libu-libo ng isang kelvin), kung saan nahulog sila sa mga high-speed semiconductor photodetector na binago ang light signal pabalik sa tumungo ang micro para sa circuit ng kabuuan.

Sa mga eksperimentong ito, nagpadala ang mga mananaliksik ng mga signal ng qubit na may sariling resonant frequency upang isalin ito sa nais na estado ng kabuuan. Ang qubit ay naka-oscillate sa pagitan ng lupa at nasasabik na mga estado sa pagkakaroon ng sapat na laser power.

Upang masukat ang estado ng qubit, gumamit ang mga mananaliksik ng isang infrared laser upang magsimula ng ilaw sa isang tiyak na antas ng kuryente sa pamamagitan ng modulator, hibla at photodetector upang masukat ang resonant frequency ng lukab.

Sinimulan muna ng mga mananaliksik ang mga oscillation ng qubit na may pagpigil sa lakas ng laser at pagkatapos ay gumamit ng isang bond ng photon upang idirekta ang isang mahina na pulso ng microwave sa lukab. Ang dalas ng lukab ay tumpak na ipinahiwatig ang estado ng qubit sa 98% ng mga kaso, pareho kawastuhan tulad ng nakuha ng isang maginoo na linya ng coaxial.

Nagbibigay ang mga mananaliksik ng isang processor ng kabuuan kung saan ang ilaw sa mga hibla ng salamin sa mata ay nagpapadala ng mga signal papunta at mula sa mga qubit, sa bawat hibla na may kakayahang magdala ng libu-libong mga signal papunta at mula sa qubit.

Sanggunian: “Pagkontrol at pagbabasa ng isang superconducting qubit gamit ang komunikasyon sa photon” ni F. Lecock, F. Quinlan, K. Chicago, J. Aumentada, S. A. Didams at J. D. Teufel, Marso 24, 2021, Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03268-x

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.