Het team van professor Michelle Simmons bij UNSW Sydney heeft een compacte sensor gedemonstreerd voor toegang tot informatie die is opgeslagen in de elektronen van individuele atomen - een doorbraak die ons een stap dichter bij schaalbare kwantumcomputers in silicium brengt.

Het onderzoek, uitgevoerd binnen de Simmons-groep in het Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) met Ph.D. student Prasanna Pakkiam als hoofdauteur, werd vandaag gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Fysieke beoordeling X .

Kwantumbits (of qubits) gemaakt van elektronen die zijn gehost op enkele atomen in halfgeleiders is een veelbelovend platform voor grootschalige kwantumcomputers, dankzij hun langdurige stabiliteit. Het creëren van qubits door individuele fosforatomen nauwkeurig te positioneren en in te kapselen in een siliciumchip is een unieke Australische benadering die het team van Simmons wereldwijd heeft geleid.

Maar het toevoegen van alle verbindingen en poorten die nodig zijn voor het opschalen van de fosforatoomarchitectuur zou een uitdaging zijn - tot nu toe.

"Om zelfs maar één qubit te monitoren, je moet meerdere verbindingen en poorten bouwen rond individuele atomen, waar niet veel ruimte is, " zegt professor Simmons. "Bovendien, je hebt qubits van hoge kwaliteit in de buurt nodig, zodat ze met elkaar kunnen praten - wat alleen haalbaar is als je zo min mogelijk poortinfrastructuur om hen heen hebt."

Vergeleken met andere benaderingen voor het maken van een kwantumcomputer, Simmons' systeem had al een relatief lage poortdichtheid. Maar conventionele metingen vereisten nog steeds minstens 4 poorten per qubit:1 om het te controleren en 3 om het te lezen.

Door de uitleessensor te integreren in een van de controlepoorten heeft het team van UNSW dit teruggebracht tot slechts twee poorten:1 voor controle en 1 voor uitlezing.

"Ons systeem is niet alleen compacter, maar door een supergeleidend circuit te integreren dat aan de poort is bevestigd, hebben we nu de gevoeligheid om de kwantumtoestand van de qubit te bepalen door te meten of een elektron tussen twee naburige atomen beweegt, ', zegt hoofdauteur Pakkiam.

"En we hebben aangetoond dat we dit in realtime kunnen doen met slechts één meting - een enkele opname - zonder dat we het experiment hoeven te herhalen en de resultaten moeten middelen."

"Dit betekent een grote vooruitgang in de manier waarop we informatie lezen die is ingebed in onze qubits, " concludeert Simmons. "Het resultaat bevestigt dat single-gate-lezing van qubits nu de gevoeligheid bereikt die nodig is om de noodzakelijke kwantumfoutcorrectie uit te voeren voor een schaalbare kwantumcomputer."

Het eerste kwantumcomputerbedrijf van Australië

Sinds mei 2017, Australië's eerste kwantumcomputerbedrijf, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), heeft gewerkt aan het creëren en commercialiseren van een kwantumcomputer op basis van een reeks intellectuele eigendommen die zijn ontwikkeld in het Australian Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T).

Samen met CQC2T op de UNSW Campus in Sydney, SQC investeert in een portfolio van parallelle technologische ontwikkelingsprojecten onder leiding van toonaangevende kwantumonderzoekers, waaronder Australiër van het jaar en laureaat professor Michelle Simmons. Het doel is om tegen 2022 een 10-qubit-demonstratieapparaat in silicium te produceren als de voorloper van een op silicium gebaseerde kwantumcomputer op commerciële schaal.

SQC is van mening dat kwantumcomputing uiteindelijk een aanzienlijke impact zal hebben op de wereldeconomie, met mogelijke toepassingen in softwareontwerp, machinaal leren, planning en logistieke planning, financiële analyse, beursmodellering, software- en hardwareverificatie, klimaatmodellering, snel medicijnontwerp en testen, en vroege opsporing en preventie van ziekten.

Gemaakt via een unieke coalitie van regeringen, bedrijven en universiteiten, SQC concurreert met enkele van de grootste tech-multinationals en buitenlandse onderzoekslaboratoria.

Naast het ontwikkelen van zijn eigen gepatenteerde technologie en intellectueel eigendom, SQC zal blijven samenwerken met CQC2T en andere deelnemers aan de Australische en internationale Quantum Computing-ecosystemen, het bouwen en ontwikkelen van een silicium-quantumcomputerindustrie in Australië en, uiteindelijk, om zijn producten en diensten op de wereldmarkt te brengen.