이전에 알려지지 않은 효과의 발견으로 스핀 큐비트의 소형 초고속 제어가 가능해졌습니다.

새로운 '고유 스핀 궤도 EDSR' 프로세스를 사용하여 여러 큐비트를 제어할 수 있는 방법을 보여주는 그림. 이미지: 토니 멜로브.

UNSW 시드니 엔지니어들은 논리 게이트를 실행하는 양자점에 자리 잡은 단일 전자를 정밀하게 제어하는 ​​새로운 방법을 발견했습니다. 새로운 메커니즘은 또한 부피가 작고 부품이 적게 필요하므로 대규모 실리콘 양자 컴퓨터를 현실화하는 데 필수적일 수 있습니다.

양자 컴퓨팅 스타트업의 엔지니어가 만든 우연한 발견 디락 및 UNSW, 저널에 자세히 설명되어 있습니다. 자연 나노 기술.

켄싱턴 캠퍼스에 기반을 둔 UNSW 분사 회사인 Diraq의 양자 프로세서 엔지니어인 수석 저자 Will Gilbert 박사는 "이것은 우리가 이전에 본 적이 없는 완전히 새로운 효과였으며 처음에는 이해하지 못했습니다."라고 말했습니다. . “그러나 이것이 양자점에서 스핀을 제어하는 ​​강력하고 새로운 방법이라는 것이 곧 분명해졌습니다. 정말 흥미진진했습니다.”

논리 게이트는 모든 계산의 기본 빌딩 블록입니다. 그들은 정보를 처리하기 위해 함께 작동하는 '비트' 또는 이진수(0과 1)를 허용합니다. 그러나, 양자 비트(또는 큐비트)는 이 두 상태에 동시에 존재합니다. 이를 '중첩'이라고 합니다. 이를 통해 기존 컴퓨터를 능가하는 다양한 계산 전략(일부는 기하급수적으로 더 빠르고 일부는 동시에 작동)이 가능합니다. 큐비트 자체는 하나 또는 몇 개의 전자를 포획할 수 있는 작은 나노 장치인 '양자점'으로 구성됩니다. 계산이 일어나려면 전자의 정밀한 제어가 필요합니다.

자기장이 아닌 전기장 사용

퀀텀닷을 제어하는 ​​XNUMX억분의 XNUMX미터 크기의 장치와 그 작동을 구동하는 다양한 유형의 초소형 자석 및 안테나의 다양한 기하학적 조합을 실험하면서 투오모 탄투 박사  UNSW 엔지니어링 이상한 효과를 우연히 발견했습니다.

Diraq의 측정 엔지니어이기도 한 Tanttu 박사는 "나는 많은 다른 장치, 약간 다른 기하학, 다른 재료 스택 및 다른 제어 기술을 반복하면서 XNUMX큐비트 게이트를 정말 정확하게 작동시키려고 노력했습니다."라고 말했습니다. “그런 다음이 이상한 봉우리가 나타났습니다. 큐비트 중 하나의 회전 속도가 빨라지는 것 같았는데, 이 실험을 XNUMX년 동안 본 적이 없었습니다.”

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그가 발견한 것은 나중에 엔지니어들이 이전에 사용했던 자기장이 아닌 전기장을 사용하여 단일 큐비트의 양자 상태를 조작하는 새로운 방법이라는 것을 깨달았습니다. 2020년에 발견된 이후 엔지니어들은 이 기술을 완성해 왔으며, 이는 단일 칩에 수십억 큐비트를 구축하려는 Diraq의 야망을 충족시키기 위한 무기고의 또 다른 도구가 되었습니다.

Gilbert 박사는 "이것은 큐비트를 조작하는 새로운 방법이며 구축하기가 덜 번거롭습니다. 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. 온칩 마이크로파 안테나를 사용하는 전자 스핀 공명(ESR)과 유도 경사 자기장에 의존하는 전기 쌍극자 스핀 공명(EDSR)의 두 가지 확립된 방법이 있습니다. 새롭게 발견된 기술은 '고유 스핀 궤도 EDSR'로 알려져 있다.

"일반적으로 우리는 순수한 자기장을 전달하도록 마이크로파 안테나를 설계합니다."라고 Tanttu 박사는 말했습니다. "그러나 이 특정 안테나 설계는 우리가 원하는 것보다 더 많은 전기장을 생성했지만 큐비트를 조작하는 데 사용할 수 있는 새로운 효과를 발견했기 때문에 운이 좋았습니다. 그것은 당신에게 우연입니다.”

실리콘 양자 컴퓨팅을 현실로 만들기 위해 구축

"이것은 우리가 지난 20년 동안 연구하여 개발한 독점 기술의 보고에 추가된 새로운 메커니즘의 보석입니다."라고 말했습니다. 앤드류 주락 교수, UNSW의 양자 공학과 과학 교수이자 Diraq의 CEO이자 창립자입니다. Dzurak 교수는 실리콘 최초의 양자 논리 게이트 2015 인치

“이것은 이국적인 재료에 의존하지 않고 기본적으로 기존 컴퓨터 칩과 동일한 반도체 구성 요소 기술을 기반으로 실리콘에서 양자 컴퓨팅을 현실로 만들기 위한 우리의 작업을 기반으로 합니다.

연구팀: Andrew Dzurak 교수, Will Gilbert 박사, Tuomo Tanttu 박사. 사진: 그랜트 터너.

"오늘날의 컴퓨터 산업과 동일한 CMOS 기술을 기반으로 하기 때문에 우리의 접근 방식은 상업 생산을 위해 더 쉽고 빠르게 확장하고 단일 칩에 수십억 큐비트를 제조한다는 목표를 달성할 수 있도록 할 것입니다."

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.

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.

Dzurak 교수는 “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.”

출처: 새로운 스핀 제어 방법으로 XNUMX억 큐비트 양자 칩이 더 가까워짐 | UNSW 뉴스룸

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