Komputer Quantum: Chip Silikon Baru Membuat Kita Lebih Dekat, Kata Penciptanya

Andrew Dzurak suka berpikir tentang gambaran besar, meskipun belum semuanya menjadi fokus.

Seorang profesor teknik di Universitas New South Wales di Sydney dan direktur Fasilitas Fabrikasi Nasional Australia, tujuan Dzurak adalah menciptakan komputer kuantum praktis pertama. Dan dia percaya desain timnya yang baru terungkap untuk chip komputer kuantum mungkin mewakili langkah penting pertama ke tujuan itu - dan itu semua dibangun di atas arsitektur chip silikon yang memberi daya pada komputer saat ini.

"Ini memberikan 'visi' atau 'jalur' untuk membangun prosesor kuantum skala besar, dengan jutaan qubit yang akan diperlukan untuk menyelesaikan berbagai masalah penting," katanya Terbalik.

Komputasi kuantum adalah kemajuan yang bisa dibilang itu mendefinisikan pencapaian teknologi abad ke-21 - dengan asumsi, tentu saja, kita dapat melakukannya dalam 83 tahun ke depan. Itu bukan kepastian, mengingat komputer kuantum yang beroperasi penuh akan perlu memiliki jutaan bit kuantum, atau qubit, pada setiap chip. Yang sedang dikembangkan di tempat-tempat seperti Google teratas di sekitar 50 qubit, tanpa jaminan desain tersebut dapat naik ke atas.

Tapi seperti yang dijelaskan Dzurak dan rekan-rekan peneliti dalam makalah yang diterbitkan Jumat di Komunikasi Alam, mereka percaya bahwa desain mereka dapat dibangun untuk memasukkan serangkaian qubit yang diperlukan, masing-masing memanfaatkan keanehan kuantum untuk melampaui keterbatasan biner dan dengan cepat menyelesaikan masalah yang membutuhkan komputer tradisional jutaan tahun.

"Ini adalah analogi yang sangat sederhana, tapi kurasa kau bisa mengatakan itu sedikit seperti ketika tim pelayaran jarak jauh memiliki desain lengkap untuk seluruh misi, termasuk mesin roket, waktu tahapan, modul pendaratan, pakaian luar angkasa, dll, ”katanya. "Untuk mewujudkan proyek besar, Anda perlu memiliki visi tentang bagaimana semuanya cocok, dan itulah yang ingin kami lakukan dengan makalah ini."

Tim Dzurak berfokus pada chip kuantum silikon, salah satu dari lima kandidat utama untuk arsitektur komputer kuantum. Keuntungan utamanya adalah bahwa itu merupakan perpanjangan dari teknologi chip silikon yang sudah digunakan, yang menawarkan panduan kasar tentang bagaimana membuat qubit cukup kecil agar muat jutaan pada satu chip tunggal.

"Saya kira itu adil untuk mengatakan bahwa saya tidak akan mengabdikan sebagian besar pekerjaan hidup saya untuk silikon qubit jika saya tidak berpikir mereka adalah cara yang tepat untuk pergi," katanya, meskipun ia mengakui kemampuan untuk miniatur qubit tersebut dapat buat masalah lebih lanjut. “Ini sebenarnya merupakan keuntungan penting daripada qubit lain, karena itu berarti Anda dapat mengemas lebih banyak qubit ke dalam satu chip, tetapi juga menciptakan beberapa tantangan dalam mendapatkan begitu banyak garis kontrol ke dalam volume kecil. Sebagian itu adalah salah satu tantangan utama yang ingin ditangani oleh makalah kami. ”

Fakta bahwa chip ini berbagi banyak fitur dengan chip saat ini juga berarti mereka dapat dibuat menggunakan bahan yang sudah tersedia dan digunakan. Makalah ini lebih jauh merinci bagaimana desain ini memecahkan lebih banyak masalah teknis seperti mengoreksi kesalahan dalam perhitungan qubit dan membangun sirkuit yang diperlukan untuk mengontrol dan membaca semua jutaan komponen kuantum.

Jadi seberapa dekat kita dengan komputer kuantum yang nyata dan praktis?

“Kami ingin mulai menggunakan proses pembuatan chip silikon untuk membuat sistem kecil (katakanlah 10-qubit) terlebih dahulu - yang merupakan tujuan nomor satu - yang kami harap dapat capai dalam 3 hingga 5 tahun," kata Dzurak. “Lalu kami ingin membangun ke tingkat integrasi yang lebih besar, bertujuan untuk mengatakan 100 qubit dalam sekitar 6-10 tahun. Sekitar 100 qubit kita akan memiliki prototipe yang kemudian dapat terus ditingkatkan lebih lanjut dari waktu ke waktu, tetapi yang sudah bisa diterapkan pada beberapa masalah menarik."

Dzurak mengatakan rentang waktu itu sangat tergantung pada berapa banyak investasi yang diterima kelompoknya. Menyadari visi tim tentang komputer kuantum sejati akan membutuhkan sumber daya yang substansial. Tapi setidaknya visi itu tidak pernah lebih jelas.

“Ketika saya memulai pekerjaan desain ini saya ingin memiliki visualisasi seperti apa chip komputer kuantum yang lengkap nantinya,” katanya. “Ini sangat penting, karena menyoroti manfaat menggunakan silikon, dan juga tantangan membuat seluruh prosesor kuantum. Masih ada tantangan teknis yang sangat nyata, yang akan mengambil kekuatan otak dan tekad untuk menyelesaikannya, tetapi sekarang kami memiliki target nyata untuk dibidik. ”