Модульная аппаратная архитектура квантового компьютера
Квантовые компьютеры обещают быть способными быстро решать чрезвычайно сложные задачи, на решение которых у самого мощного суперкомпьютера в мире могут уйти десятилетия. Но для достижения такой производительности требуется создать систему с миллионами взаимосвязанных блоков, называемых кубитами. Создание такого количества кубитов в аппаратной архитектуре и управление ими - это огромная задача, которую пытаются решить ученые всего мира. Для достижения этой цели исследователи из Массачусетского технологического института и MITRE продемонстрировали масштабируемую модульную аппаратную платформу, которая объединяет тысячи взаимосвязанных кубитов в индивидуальную интегральную схему. Архитектура "квантовой системы на кристалле" (QSoC) позволяет исследователям точно настраивать и контролировать массив кубитов. Несколько чипов могут быть соединены с помощью оптических сетей для создания крупномасштабной квантовой коммуникационной сети.
Настраивая кубиты по 11 частотным каналам, эта архитектура QSoC позволяет использовать новый предложенный протокол "мультиплексирования с запутыванием" для крупномасштабных квантовых вычислений. Команда потратила годы на совершенствование сложного процесса изготовления двумерных массивов кубитных микрочипов размером с атом и перенос тысяч из них на тщательно подготовленный комплементарный металл-оксидный полупроводниковый (CMOS) чип. Этот перенос может быть выполнен за один шаг. "Нам понадобится большое количество кубитов и большой контроль над ними, чтобы по-настоящему использовать мощь квантовой системы и сделать ее полезной. Мы предлагаем совершенно новую архитектуру и технологию изготовления, которые могут удовлетворить требования к масштабируемости аппаратной системы для квантового компьютера", - говорит Линсен Ли, аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук (EECS) и ведущий автор статьи, посвященной этой архитектуре.
Соавторами Ли являются Руонан Хан, доцент EECS, руководитель группы терагерцовой интегрированной электроники и сотрудник исследовательской лаборатории электроники (RLE); старший автор Дирк Энглунд, профессор EECS, главный исследователь группы квантовой фотоники и искусственного интеллекта и RLE; а также как и другие сотрудники Массачусетского технологического института, Корнеллского университета, технологического института Делфта, армейской исследовательской лаборатории и корпорации MITRE. Статья опубликована в журнале Nature. Несмотря на то, что существует много типов кубитов, исследователи решили использовать алмазные цветовые центры из-за их преимуществ в масштабируемости. Ранее они использовали такие кубиты для создания интегрированных квантовых чипов с фотонными схемами.
Кубиты, изготовленные из алмазных цветовых центров, представляют собой "искусственные атомы", которые несут квантовую информацию. Поскольку алмазные цветовые центры являются твердотельными системами, производство кубитов совместимо с современными процессами изготовления полупроводников. Они также компактны и имеют относительно длительное время когерентности, которое относится к периоду времени, в течение которого состояние кубита остается стабильным, благодаря чистоте окружающей среды, обеспечиваемой алмазным материалом. Кроме того, алмазные цветовые центры имеют фотонные интерфейсы, которые позволяют им удаленно связываться с другими кубитами, которые не находятся рядом с ними.
"В данной области принято считать, что неоднородность цветового центра алмаза является недостатком по сравнению с идентичной квантовой памятью, такой как ионы и нейтральные атомы. Однако мы превращаем эту проблему в преимущество, учитывая разнообразие искусственных атомов: каждый атом имеет свою собственную спектральную частоту. Это позволяет нам взаимодействовать с отдельными атомами, настраивая их напряжением в резонанс с лазером, подобно настройке циферблата на крошечном радиоприемнике", - говорит Энглунд. Это особенно сложно, потому что исследователи должны достичь этого в больших масштабах, чтобы компенсировать неоднородность кубитов в большой системе. Для связи между кубитами им необходимо иметь несколько таких "квантовых радиостанций", подключенных к одному каналу. Достижение этого условия становится почти неизбежным при масштабировании до тысяч кубитов.
С этой целью исследователи преодолели эту проблему, интегрировав большой массив центральных кубитов алмазного цвета в CMOS-чип, который обеспечивает управление циферблатами. Чип может быть оснащен встроенной цифровой логикой, которая быстро и автоматически перестраивает напряжения, позволяя кубитам полностью подключаться друг к другу. "Это компенсирует неоднородность системы. С помощью CMOS-платформы мы можем быстро и динамично настраивать все частоты кубитов", - объясняет Ли. Чтобы создать этот QSoC, исследователи разработали технологический процесс для переноса "микрочипов" алмазного центра цветопередачи на объединительную плату CMOS в больших масштабах. Они начали с изготовления массива микрочипов алмазного центра цветопередачи из цельного куска алмаза. Они также разработали и изготовили наноразмерные оптические антенны, которые позволяют более эффективно собирать фотоны, испускаемые этими кубитами с цветовым центром в свободном пространстве.
Затем они спроектировали и изготовили микросхему в литейном цехе semiconductor. Работая в лаборатории MIT.nano clean room, они подвергли CMOS-чип последующей обработке, чтобы добавить микроразъемные гнезда, соответствующие матрице алмазных микрочиплетов. Они создали собственную установку для переноса в лаборатории и применили процесс блокировки и расцепления для интеграции двух слоев, зафиксировав алмазные микрочипы в гнездах на CMOS-кристалле. Поскольку алмазные микрочипы слабо прикреплены к поверхности алмаза, когда они вынимают объемный алмаз горизонтально, микрочипы остаются в гнездах. "Поскольку мы можем контролировать процесс изготовления как алмаза, так и CMOS-чипа, мы можем создать взаимодополняющий шаблон. Таким образом, мы можем одновременно вставлять тысячи алмазных кристаллов в соответствующие гнезда", - говорит Ли.
Исследователи продемонстрировали перенос площади 500 на 500 микрон для матрицы с 1024 алмазными наноантеннами, но они могли бы использовать более крупные алмазные матрицы и CMOS-чип большего размера для дальнейшего расширения системы. На самом деле, они обнаружили, что при большем количестве кубитов настройка частот на самом деле требует меньшего напряжения для такой архитектуры. "В этом случае, если у вас будет больше кубитов, наша архитектура будет работать еще лучше", - говорит Ли. Команда протестировала множество наноструктур, прежде чем определила идеальную матрицу микрочиплетов для процесса блокировки и разблокировки. Однако создание квантовых микрочипов - задача не из легких, и на совершенствование процесса ушли годы. "Мы многократно повторяли и развивали рецепт изготовления этих алмазных наноструктур в чистых помещениях Массачусетского технологического института, но это очень сложный процесс. Для получения алмазных квантовых микрочипов потребовалось 19 этапов нанопроизводства, и эти этапы были непростыми", - добавляет он.
Наряду с QSoC, исследователи разработали подход, позволяющий охарактеризовать систему и измерить ее производительность в широком масштабе. Для этого они создали специальную криооптическую метрологическую установку. Используя этот метод, они продемонстрировали целый чип с более чем 4000 кубитами, которые можно было настроить на одну и ту же частоту, сохранив при этом их вращательные и оптические свойства. Они также создали симуляцию цифрового двойника, которая связывает эксперимент с цифровым моделированием, что помогает им понять первопричины наблюдаемого явления и определить, как эффективно реализовать архитектуру. В будущем исследователи могли бы повысить производительность своей системы, усовершенствовав материалы, которые они использовали для изготовления кубитов, или разработав более точные процессы управления. Они также могли бы применить эту архитектуру к другим твердотельным квантовым системам.
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Отправить донат на поддержку проекта "Аномальные новости"
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - 19.06.2025 (990)
20.06.2025 - 07.08.2025 (990)
08.08.2025 - 26.09.2025 (1000)
27.09.2025 - 15.11.2025 (1000)
16.11.2025 - 09.01.2026 (1000)
10.01.2026 - 03.03.2026 (1000)
04.03.2026 - 22.04.2026 (1000)
23.04.2026 - 04.06.2026 (990)
05.06.2026 - 25.07.2026 (1000)
26.07.2026 - 13.09.2026 (1000)
14.09.2026 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Агент ЦРУ утверждает, что Эпштейн может быть жив

Бигфут прячется поблизости от людей

Где в космосе лучше место для жизни

Марсоход запечатлел потрясающий рассвет

Может ли черная дыра оставить след в излучении Хокинга

Молекулярная сложность как признак жизни

Необычные звезды появились не из гиперновых

Неопознанные обьекты - демонические явления

НЛО являются демоническими, а не инопланетными

Обнаружили самый далекий быстрый радиовсплеск

Отель с привидениями 'Милуоки' привлек внимание

Поразительный снимок уникальной сверхновой

Самое необычное облако Марса

Сделали ли нас религиозными волшебные грибы

Секретные программы на инопланетную тематику существуют

Слияние людей с ИИ - наступит через 19 лет

Стволовые клетки выживают в космосе

Черные дыры - ключ к пятому измерению

Экзотический метанол обнаружен в обитаемой зоне

Экспедиция прибыла на место поисков Амелии Эрхарт

Лабораторное оборудование из оргстекла. Точность, герметичность и индивидуальное исполнение

Древние черные дыры существуют в пятимерном мире

Есть ли связь между московием и НЛО

Живых птиц обнаружила СБ в нижнем белье мужчины

Звезда медленно поглощает коричневый карлик

Как выявить признаки жизни в космосе

Квантовые взаимодействия в ранней Вселенной

Космическая радиация и развитие рака

Мир, возрожденный из пепла своей звезды

Млечный путь образовался из тысяч галактик

НАСА нашло на Земле гигантский кусок Луны

Нейтроны и вращающиеся черные дыры

Необычные волны сняли у берегов Мексики

Новые ограничения на аннигиляцию темной материи

Планета земного типа с двумя солнцами

Разнообразные ледяные частицы океана Энцелада

Раскрытие НАСА информации о НЛО неполное

Свидетели НЛО могут дать показания перед Конгрессом

Татуировки научились делать невидимыми

У вас есть сила, чтобы стать хозяином своей реальности

Условия для постоянного присутствия людей на Марсе

Бывший астронавт делится своими взглядами на НЛО

Инопланетяне раскрывают себя

Исследование загадочной лунной пещеры

Как будет вести себя вода на Луне

Когда полюса Земли начали дрейфовать

Космополёты связаны с повышенным риском переломов

Набор добровольцев для поиска черных дыр

НАСА исследует загадочную дыру на Луне

Насколько глубоки отношения с ИИ на самом деле

Наша Вселенная родилась из черной дыры

Разрабатывают невидимые водяные знаки для ИИ-белков

Родился теленок с лишними конечностями

Свидетели инцидента с НЛО дадут показания

Система маломассивных нейтронных звёзд

Следуя за древними дождями Марса

США, Китай и Россия вступают в НЛО-гонку

Ускоренный курс по столкновениям планет

Черные дыры растут вместе с галактиками

Что космопутешествия рассказывают нам о сне

Ядерная война и ИИ могут привести к Армагеддону

Архитектор купил дом в форме НЛО

Внеземная жизнь. Экзопланета выделяет гелий

Встречи с НЛО в Свердловской области

Выставлен на продажу дом в форме НЛО

Гипотеза о ядерной темной материи

Загадочные вспышки - это столкновения мертвых звезд

Звездное скопление не поддается классификации

Земля и Марс созданы по разным рецептам

Инопланетяне могут скоро проявить себя

Крошечная звездная система может быть спутником спутника

Масштабные полицейские поиски пумы в Германии

Материал НАСА для производства на Луне

Обнаружили лунную магнитную окаменелость

Поиск планет-гигантов в близлежащей двойной системе

Расследование крушения НЛО вызвало резонанс

Северный полюс Марса менее запылен

Секретная программа об НЛО будет опубликована

Современные автомобили следят за вами

Цивилизация Наска не была завоевана Уари

Чат-боты в роли оракулов

Бандиты украли знаки с бигфутом в Огайо

Делавэр признан лучшим штатом для наблюдения НЛО

Дело о доме-призраке обсуждалось в парламенте

Загадочные древние курганы на юге США

Зарождается новая религия НЛО

Захватывающие дух фотографии НЛО в Тайбэе

Инсайдер рассказал о инопланетянах-рептилоидах

Каждое поколение получает равную долю благосостояния

Конференция по НЛО состоится в Дэнбери

Метеорит упал в Оклахоме на 100 млн лет позже

Министр энергетики рассказал о наблюдениях НЛО

НЛО над горами в штате Вашингтон

НЛО спрятался в облаках над Тайванем

Новый способ изучения темной энергии

Обнаружили воду, метан и аммиак на экзопланете

Отличные новости с Энцелада

Пилот столкнулся с гигантским НЛО

Станет ли Луис Элизондо правительственным рупором

Струи черных дыр проникают далеко за пределы галактик

Тайна человеческих костей в Гебеклитепе

Ави Леб заключил пари об инопланетянах

Большую кошку видели в районе Бинли-Вудс

В отличие от родителей, дети не боятся ИИ

Загадочные взрывы сотрясают город в Висконсине

ИИ выявит недостоверную медицинскую информацию

Искривлена ли Вселенная

Исчезнувшая цивилизация Красной планеты

Китай пробурил новую сверхглубокую скважину

Мальчик собрал кубик Рубика за пару секунд

Найден сверхпроводник, который нарушает время

Необычные объекты на Луне

НЛО заметили над Астаной

Очередные загадки Сфинкса

Почему льдинки из океана Энцелада различаются

Пророчество Криса Бледсоу об НЛО

Саудовская Аравия будет строить километровый небоскреб

Сверхновая или черная дыра

Секреты марсианских облаков

Скандал 'Дебатгейт' между Рейганом и Картером

Физика невозможного и НЛО над базой подводных лодок

Как выбрать радиатор отопления для квартиры. От параметров дома до покупки

Американские войска стреляли в рептилоидов

Англия запустит военно-космическую эскадрилью

Аризона - первая по количеству наблюдений НЛО

Военные США воюют с инопланетянами

Госсек США перепутал северное сияние с НЛО

Загадочная дыра на Луне ведет в подземную пещеру

Загадочные каменные ливни терзают индийскую деревню

Звезда НФЛ сомневается в высадке на Луну

Исчезновение генерала ВВС привлекло к себе внимание

Квантовое устройство имитирует возникновение материи

Многомерные чёрные дыры скрывают симметрию

Может ли наблюдаться отрицательная масса

Мы может обнаружить магнитные поля на экзопланетах

Новый амортизатор для космических аппаратов

Почему люди продолжают искать Ноев ковчег

Приз за снимок озерного монстра по кличке Пепи

Самый холодный лавовый мир с признаками атмосферы

Солнечные паруса могут остановить астероид-убийцу

США владеют инопланетными технологиями

Тайна артефактов машинного производства

Как выбрать пластиковые окна для квартиры

Американские войска открыли огонь по рептилоидам

Блуждающие черные дыры расскажут историю галактики

Глава НАСА непредубежден в отношении НЛО

Действительно ли Рассел Кроу снял НЛО

Здоровье сердца астронавтов для полета на Марс

Изменении оборонной стратегии США в космосе

ИИ Muse крадет личные данные пользователей

ИИ сдал пользовательницу полиции из-за ее планов

Кампания по созданию статуи человека-лягушки

Над Триполи сняли яркий метеорит

Наша Солнечная система является нестабильной

Неожиданное происхождение астероида Бенну

Новое окно в изучение темной материи

Обратная сторона Луны расскажет о магнитном поле

Пентагон открывает двери для инсайдеров

Плотность темной материи в новой теории гравитации

Роботы скоро уничтожат человечество

Сенсационные заявления об инопланетянах

Треугольное НЛО сняли в Англии

Экзопланета родилась из останков собственной звезды

Несущая способность грунта. Как оценить основание и выбрать надежный фундамент

Венера могла проглотить скалистый спутник

Видимое положение континентов сезонно меняется

Зафиксировали радиосигналы, исходящие от экзопланеты

ИИ искажает данные археологии

ИИ напоминает харизматичного религиозного лидера

ИИ-компаньоны могут подорвать социальные навыки

Как минимум три водных периода на Марсе

Как происходит смена солнечных циклов

Квантовый магнетизм и физика черных дыр

Клетки-зомби в стареющих тканях

Ледяные спутники могут поддерживать жизнь

Микроблазар генерирует самые быстрые частицы

Нейтронная звезда питается голубым гипергигантом

Обьект 3I-ATLAS очень неравнодушен к тяжёлой воде

Останки Нефертити в гробнице Тутанхамона

Свободно летающие легкие космопаруса

Среда формирования первых чёрных дыр

У Красной планеты фиолетовая сторона

Экзопланета вращается в обратном направлении

Юпитер использует сложную систему защиты

От идеи до тиража. Почему бизнесу выгодно работать с рекламным агентством

Боты лишают человечество плюрализма мнений

Наверх
Яндекс.Метрика