호주 엔지니어들은 논리 게이트를 실행하는 양자점에 자리 잡은 단일 전자를 정밀하게 제어하는 새로운 방법을 발견했습니다. 더욱이 새로운 메커니즘은 부피가 덜하고 부품이 더 적게 필요하므로 대규모 실리콘 양자 컴퓨터를 현실화하는 데 필수적일 수 있습니다.
양자 컴퓨팅 스타트업 Diraq과 UNSW Sydney의 엔지니어가 만든 우연한 발견은 저널에 자세히 설명되어 있습니다. 자연 나노 기술.
시드니에 본사를 둔 UNSW 분사 회사인 Diraq의 양자 프로세서 엔지니어인 Dr. Will Gilbert는 "이것은 우리가 이전에 본 적이 없는 완전히 새로운 효과였으며 처음에는 이해하지 못했습니다."라고 말했습니다. 교정. “그러나 이것이 양자점에서 스핀을 제어하는 강력하고 새로운 방법이라는 것이 곧 분명해졌습니다. 정말 흥미진진했습니다.”
논리 게이트는 모든 계산의 기본 빌딩 블록입니다. "비트" 또는 이진수(0과 1)가 함께 작동하여 정보를 처리할 수 있습니다. 그러나 양자 비트(또는 큐비트)는 "중첩"으로 알려진 조건인 이러한 두 상태에 동시에 존재합니다. 이를 통해 기존 컴퓨터를 능가하는 다양한 계산 전략(일부는 기하급수적으로 빨라지고 일부는 동시에 작동함)이 가능합니다. 큐빗 자체는 "양자점,” 하나 또는 몇 개의 전자를 포획할 수 있는 작은 나노 장치. 계산이 일어나려면 전자의 정밀한 제어가 필요합니다.
Diraq 엔지니어들은 논리 게이트를 실행하는 양자점에 자리잡은 단일 전자를 정밀하게 제어하는 새로운 방법을 발견하여 XNUMX억 큐비트 양자 칩을 달성하는 현실을 더 가까이 가져왔습니다. 게다가 새로운 메커니즘은 부피가 덜하고 부품이 더 적게 필요하므로 대규모 실리콘 양자 컴퓨터를 현실화하는 데 필수적일 수 있습니다. 크레딧: Diraq
자기장이 아닌 전기장 사용
Tuomo Tanttu 박사는 퀀텀닷을 제어하는 XNUMX억분의 XNUMX미터 크기의 장치와 작동을 구동하는 다양한 유형의 초소형 자석 및 안테나의 다양한 기하학적 조합을 실험하는 동안 이상한 효과를 발견했습니다.
Diraq의 측정 엔지니어인 Dr. Tanttu는 이렇게 회상합니다. “그런 다음이 이상한 봉우리가 나타났습니다. 큐비트 중 하나의 회전 속도가 빨라지는 것 같았는데, 이 실험을 XNUMX년 동안 본 적이 없었습니다.”
그가 발견한 것은 나중에 엔지니어들이 깨달은 바로는 단일 입자의 양자 상태를 조작하는 새로운 방법이었습니다. 큐빗 이전에 사용하던 자기장 대신 전기장을 사용하여 2020년에 발견된 이후 엔지니어들은 이 기술을 완성해 왔으며 단일 칩에 수십억 큐비트를 구축하려는 Diraq의 야망을 충족하기 위한 무기고의 또 다른 도구가 되었습니다.
마이크로웨이브 신호에 대한 응답으로 양자점 내에 있는 단일 큐비트의 아티스트 개념이 뒤집힙니다. 신용: 토니 멜로브
Gilbert는 "이것은 큐비트를 조작하는 새로운 방법이며 구축이 덜 부피가 큽니다. 제어 효과를 생성하기 위해 큐비트 바로 옆에 코발트 마이크로 자석이나 안테나를 제작할 필요가 없습니다."라고 말했습니다. “각 게이트 주변에 추가 구조물을 배치할 필요가 없습니다. 그래서 덜 어수선합니다.”
근처에 있는 다른 전자를 방해하지 않고 단일 전자를 제어하는 것은 실리콘의 양자 정보 처리에 필수적입니다. 두 가지 확립된 방법이 있습니다.전자 스핀 공명”(ESR) 온칩 마이크로파 안테나를 사용합니다. 및 유도 구배에 의존하는 전기 쌍극자 스핀 공명(EDSR) 자기장. 새로 발견된 기술은 "고유 스핀 궤도 EDSR"로 알려져 있습니다.
"일반적으로 우리는 순수한 자기장을 전달하도록 마이크로파 안테나를 설계합니다."라고 Tanttu 박사는 말했습니다. "그러나 이 특정 안테나 설계는 우리가 원하는 것보다 더 많은 전기장을 생성했으며 큐비트를 조작하는 데 사용할 수 있는 새로운 효과를 발견했기 때문에 운이 좋았습니다. 그것은 당신에게 우연입니다.”
호주 시드니에 있는 Diraq 연구소 중 하나의 조감도. 크레딧: Shaun Dougherty
Discovery는 실리콘 양자 컴퓨팅을 더 가깝게 만듭니다.
Diraq의 CEO이자 창립자이자 UNSW의 양자 공학 교수인 Andrew Dzurak 교수는 "이것은 우리가 지난 20년 동안 연구를 통해 개발한 독점 기술에 추가된 새로운 메커니즘의 보석입니다."라고 말했습니다. 2015년 실리콘으로 최초의 양자 논리 게이트를 구축한 팀을 이끌었습니다.
"이것은 이국적인 재료에 의존하지 않고 기존 컴퓨터 칩과 본질적으로 동일한 반도체 구성 요소 기술을 기반으로 실리콘에서 양자 컴퓨팅을 현실로 만들기 위한 우리의 작업을 기반으로 합니다."라고 그는 덧붙였습니다. "오늘날의 컴퓨터 산업과 동일한 CMOS 기술을 기반으로 하기 때문에 우리의 접근 방식은 상업 생산을 위한 확장을 더 쉽고 빠르게 만들고 단일 칩. "
CMOS(또는 보완적 금속 산화물 반도체, "see-moss"라고 발음함)는 현대 컴퓨터의 핵심 제조 공정입니다. 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 메모리 칩 및 기타 디지털 논리 회로는 물론 이미지 센서 및 데이터 변환기와 같은 아날로그 회로를 포함한 모든 종류의 집적 회로 부품을 만드는 데 사용됩니다.
마이크로웨이브 신호에 반응하여 ir가 가속되기 시작하고 전자가 양자점 내에서 덜거덕거리기 시작하는 단일 큐비트의 그림. 신용: 토니 멜로브
양자 컴퓨터를 구축하는 것은 "21세기의 우주 경쟁"이라고 불립니다. 복잡한 약물 및 고급 재료의 설계 또는 빠른 검색과 같이 불가능한 계산을 해결하기 위한 혁신적인 도구를 제공할 수 있는 어렵고 야심찬 도전입니다. 대규모의 정렬되지 않은 데이터베이스.
Dzurak은 “우리는 종종 달 착륙을 인류의 가장 위대한 기술적 경이로움으로 생각합니다. “그러나 진실은 수십억 개의 작동 장치가 함께 통합되어 교향곡처럼 작동하고 주머니에 넣고 다니는 오늘날의 CMOS 칩은 놀라운 기술적 성과이며 현대 생활에 혁명을 일으킨 것입니다. 양자컴퓨팅도 똑같이 놀라운 기술이 될 것입니다.”
