211service.com
Vi ville have flere kvantecomputere, hvis det ikke var så svært at finde de pokkers kabler
Kvantemaskiner vil levere det næste store spring fremad inden for databehandling, men forskere, der bygger dem, kan ikke nemt få nogle af de eksotiske komponenter, de har brug for. 17. januar 2019
University of California, Berkeley/Keegan Houser
Blake Johnson bruger meget tid på at tænke på ting som superledende kabler og superkølede køleskabe. Som vicepræsident for kvanteteknik ved Computerafvisninger , en startup, der laver kvantecomputere, Johnson er ansvarlig for at finde og anskaffe de komponenter, der er nødvendige for at sætte maskinerne sammen.
Det er udfordrende, fordi det, der engang var en esoterisk, eksperimentel teknologi, er ved at blive mere af en mainstream-teknologi, der forkæmpes af gigantiske virksomheder som IBM, Google og Kinas Alibaba, såvel som af ambitiøse startups som Rigetti og IonQ. Som følge heraf vokser efterspørgslen meget hurtigere end udbuddet på nogle kritiske områder.
For eksempel kan det tage mange måneder - og nogle gange et år eller mere - at få fat i specialiserede fortyndingskøleskabe, der kan køles til temperaturer, der er koldere end det ydre rum for at hjælpe med at skabe kvantebits eller qubits, som er nøglen til kvantecomputere' strøm. Et andet chokepunkt, siger Johnson, er den specialiserede kabling, der er nødvendig for at transmittere mikrobølgesignaler, der styrer qubits.
De lange leveringstider, der er nødvendige for at anskaffe nogle komponenter, hæmmer fremskridt. Dette bremser teams evne til at arbejde parallelt med forskning på området, siger Irfan Siddiqi, professor ved University of California, Berkeley.
Eksotisk teknologi
En stor grund til hovedpinen er, at kvantecomputere ikke kan bruge meget af den infrastruktur, der er udviklet til klassiske maskiner. De er baseret på eksotiske principper, og det betyder, at de har virkelig eksotisk hardware, bemærker Chris Monroe, professor ved University of Maryland og administrerende direktør for IonQ .
I modsætning til klassiske bits, som kan repræsentere enten en en eller a 0 , qubits er partikler såsom atomer eller elektroner, der kan optage en kvantetilstand af begge en og 0 samtidig får de først en bestemt værdi, når de måles. De kan også påvirke hinanden via en næsten mystisk proces kendt som sammenfiltring.
Disse egenskaber kunne en dag gøre det muligt for en kvantemaskine at overgå selv den mest kraftfulde klassiske supercomputer. Men at producere og administrere qubits er stadig en massiv ingeniørudfordring.
Rigetti er ligesom Google og IBM fokuseret på at bruge elektroner, der strømmer gennem superledende ledninger afkølet til ekstreme temperaturer, hvilket forklarer behovet for fortyndingskøleskabe. Problemet er, at disse enorme cylindre, som kan koste mellem $500.000 og $1 million hver, er specialfremstillede, og forskere siger, at kun få virksomheder, som BlueFors i Finland og Oxford Instruments i Storbritannien, producerer højkvalitets.
Køleskabene kræver også en kombination af gasser til superkøling, inklusive helium-3, en isotop af helium, som Johnson siger, er uhyggeligt svær at finde. Det er typisk et biprodukt af nuklear forskning og våbenprogrammer drevet af regeringer, som nøje kontrollerer tilgængeligheden. Gassen er så sjælden, at den kan koste op til $40.000 for det beløb, der er nødvendigt for et køleskab.
Kabelselskab
Så er der de superledende kabler, der bærer de signaler, der bruges til at styre qubits. Disse er specielt designet til at lede meget lidt varme, så de ikke forstyrrer qubits' delikate kvantetilstand inde i køleskabene. Johnson siger, at kun én hovedproducent leverer dem, et japansk firma kaldet Coax Co.
Kvantecomputere kan bygges på andre måder, der ikke er afhængige af kryogenics, men disse står over for deres egne udfordringer. Monroes firma fanger for eksempel individuelle atomer i elektromagnetiske felter på en siliciumchip i et ultrahøjvakuumkammer. Lasere bruges derefter til at kontrollere atomare qubits.
For at få processen til at fungere, skal chippen have små aflejringer af guld på sig. Men standard siliciumfabrikker, eller fabs, er ikke sat op til at håndtere sådanne specialiserede krav. IonQ sammensætter et team for at udvikle sine egne designs og for at skabe ekstern interesse for at lave dem.
UC Berkeleys Siddiqi siger, at han bruger taler ved konferencer som DesignCon , en stor elektronisk-komponent-begivenhed i Silicon Valley senere på måneden, for at tilskynde flere virksomheder til at interessere sig for kvanteindustrien. Den nye amerikanske nationale plan for at fremme kvanteinformationsvidenskaben, og en lignende i Europa, kan også stimulere mere aktivitet blandt potentielle leverandører.
Startups kunne også hjælpe. En ung virksomhed i Holland, Delft Circuits , udvikler allerede teknologi til at hjælpe med at overvåge og kontrollere qubits, herunder nogle specialiserede kabler til at bære mikrobølgesignaler.
Jakob Kammhuber, dets teknologichef, siger, at mens kvantecomputere strækker sig for at håndtere omkring 100 qubits i dag, så skal det antal stige dramatisk, for at maskinerne virkelig kan bruges, og der vil hurtigt være behov for innovative hardwareløsninger for at kontrollere dem.