211service.com
IBM viser en Quantum Computing Chip
En superledende chip udviklet hos IBM demonstrerer et vigtigt skridt, der er nødvendigt for at skabe computerprocessorer, der knuser tal ved at udnytte kvantefysikkens underlighed. Hvis det lykkes at udvikle kvantecomputere, kan de effektivt tage genveje gennem mange beregninger, der er vanskelige for nutidens computere.
Når de køles ned til en brøkdel af en grad over det absolutte nulpunkt, kan de fire mørke elementer i midten af kredsløbet i midten af dette billede repræsentere digitale data ved hjælp af kvantemekaniske effekter.
IBMs nye chip er den første til at integrere de grundlæggende enheder, der er nødvendige for at bygge en kvantecomputer, kendt som qubits, i et 2-D-net. Forskere mener, at en af de bedste veje til at lave en praktisk kvantecomputer ville indebære at skabe gitter af hundreder eller tusinder af qubits, der arbejder sammen. Kredsløbene i IBMs chip er lavet af metaller, der bliver superledende, når de afkøles til ekstremt lave temperaturer. Chippen fungerer kun ved en brøkdel af en grad over det absolutte nulpunkt.
IBMs chip indeholder kun det enklest mulige gitter, fire qubits i et to-til-to-array. Men tidligere havde forskere kun vist, at de kunne operere qubits sammen, når de var arrangeret i en linje. I modsætning til konventionelle binære bits kan en qubit gå ind i en superpositionstilstand, hvor den effektivt er både 0 og 1 på samme tid. Når qubits i denne tilstand arbejder sammen, kan de skære igennem komplekse beregninger på måder, der er umulige for konventionel hardware. Google, NASA, Microsoft, IBM og den amerikanske regering arbejder alle på teknologien.
Der er forskellige måder at lave qubits på, hvor superledende kredsløb som dem, der bruges af IBM og Google, er et af de mest lovende. Men alle qubits lider under det faktum, at de kvanteeffekter, de bruger til at repræsentere data, er meget modtagelige for interferens. Meget aktuelt arbejde er fokuseret på at vise, at små grupper af qubits kan detektere, når der er opstået fejl, så de kan omgås eller rettes.
Tidligere i år annoncerede forskere ved University of California, Santa Barbara og Google, at de havde lavet en chip med ni superledende qubits arrangeret i en linje (Google Researchers Make Quantum Computing Components More Reliable). Nogle af qubits i det system kunne registrere, når deres andre enheder led en type fejl kaldet et bit-flip, hvor en qubit, der repræsenterer et 0, ændres til et 1 eller omvendt.
Qubits lider dog også af en anden form for fejl kendt som en fasevending, hvor en qubits superpositionstilstand bliver forvrænget. Qubits kan kun detektere det i andre qubits, hvis de arbejder sammen i et 2-D-array, siger Jay Gambetta , der leder IBM's kvantecomputerforskningsgruppe ved sin T.J. Watson forskningscenter i Yorktown Heights, New York.
Et papir offentliggjort i dag beskriver, hvordan IBMs chip med fire qubits arrangeret i en firkant kan detektere både bit- og faseflips. Et par qubits kontrolleres for fejl af det andet par qubits. Det ene af parret, der kontrollerer, ser efter bit-flips og det andet efter fase-flip.
Dette er et trædesten i retning af at demonstrere en større firkant, siger Gambetta. Der vil være andre udfordringer, der dukker op, efterhånden som pladsen bliver større, men det ser meget optimistisk ud for de næste skridt.
Gambetta siger, at hans team omhyggeligt skulle designe sin nye chip for at overvinde interferensproblemer forårsaget af at sætte de fire qubits så tæt på hinanden. De eksperimenterer allerede med en chip, der har et gitter på otte qubits i et to gange fire rektangel, siger han.
Raymond Laflamme , direktør for instituttet for kvanteberegning ved University of Waterloo, Canada, beskriver IBMs resultater som en vigtig milepæl [mod] pålidelige kvanteprocessorer. At tackle fejl er et af feltets vigtigste problemer. Quantum computing lover at have mange forbløffende applikationer, men det hindres af kvanteinformationens skrøbelighed.
Virkelig løsning af det problem kræver, at man går et skridt videre end IBMs seneste resultater og retter qubit-fejl samt opdager dem. Det kan kun demonstreres på et større gitter af qubits, siger Laflamme. Det er dog ikke alle kvantecomputerforskere, der tror, at qubits som dem, der bygges hos IBM, Google og andre steder, nogensinde vil være brugbare i store samlinger. Forskere hos Microsoft og Bell Labs arbejder på at skabe et helt andet design af qubit, der skulle være mindre tilbøjelige til fejl i første omgang (se Microsofts kvantemekanik).