Onderzoekssamenwerking tussen UNSW en de Universiteit van Sydney heeft een fundamentele hindernis overwonnen voor het bouwen van kwantumcomputers in silicium, de weg vrijmaken om de machines op schaal verder te ontwikkelen.

De twee groepen, onder leiding van professor David Reilly van de Universiteit van Sydney en professor Andrew Dzurak van de UNSW, hebben aangetoond dat de staat, of waarde, van een kwantumbit (qubit) in silicium kan worden uitgelezen op een manier die de noodzaak wegneemt om naast de qubits uitleessensoren te hebben.

Het resultaat is vandaag gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

Professor Dzurak zei:"Dit artikel is gecombineerd met het gebruik van een single-gate elektrodetechniek om informatie uit te lezen - een methode ontwikkeld door de groep van David Reilly in 2013 - met de vereiste voor single-shot uitlezing van qubits die kunnen worden vervaardigd met behulp van bestaande siliciumchips technologie, een mogelijkheid die we in 2014 hebben ontwikkeld. Deze mix is ​​erg belangrijk voor schaalbaarheid."

Qubits zijn de bouwstenen voor kwantumcomputers. Miljarden van hen zullen in complexe arrays moeten worden gebouwd voordat deze futuristische machines kunnen worden toegepast bij het oplossen van belangrijke uitdagingen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd, inclusief het ontwerpen van nieuwe medicijnen of het assisteren bij de ontwikkeling van machine learning. Dit levert complexe ontwerpproblemen op.

Door de noodzaak voor parallelle uitleessensoren weg te nemen, het gezamenlijke resultaat zorgt voor een computerarchitectuur die veel eenvoudiger is, wat betekent dat er veel meer qubits naast elkaar kunnen worden gebouwd.

Professor Dzurak zei dat het aantonen van de single-shot uitlezing van een qubit in silicium een ​​resultaat is waarvoor de tijd rijp was.

"Vier onderzoeksteams over de hele wereld hebben in principe tegelijkertijd zeer vergelijkbare uitleestechnieken in silicium ontwikkeld, allemaal gebaseerd op Davids single-gate techniek, "Zei professor Dzurak. "Twee van hen in Australië, één in Frankrijk en één in Nederland."

"Dit is een geweldig resultaat dat aantoont dat wetenschappelijke samenwerking de sleutel is tot het bereiken van een fouttolerante, universele kwantumcomputer, " zei professor Reilly, die een gezamenlijke functie bekleedt aan de Universiteit van Sydney en directeur is van het Microsoft Quantum Laboratory.

"Zo'n machine zal niet in één laboratorium of één instituut worden gebouwd. Er zal op wereldschaal moeten worden samengewerkt, werken met enkele van de grootste technologiebedrijven ter wereld."

Professor Reilly, tevens hoofdonderzoeker bij het ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems, zei:"Ons resultaat is echt bewijs dat de kritische massa van mensen in Sydney iets creëert dat groter is dan de som der delen. Het is niet alleen parallelle activiteit bij verschillende instellingen."

Professor Dzurak, die het project leidde bij UNSW, is directeur van de Australian National Fabrication Facility (ANFF) bij UNSW en hoofdonderzoeker in het ARC Centre of Excellence for Quantum Computation &Communication Technology. Hij zei dat Sydney een van 's werelds sterkste ecosystemen voor kwantumonderzoek heeft.

"Ik kan geen andere stad ter wereld bedenken met zoveel mensen die kwantumcomputers doen, " zei hij. "We hebben teams bij UNSW, Sydney, Macquarie en UTS werken over het hele spectrum:op hardware, kwantumcontrole, kwantummeting tot en met kwantumsoftware. Het is allemaal hier in Sydney."

Professor Reilly zei dat dit onderzoek parallel loopt met de commercialisering van de technologie.

"Ik heb een functie bij Microsoft en Andrew leidt een project bij Silicon Quantum Computing. Door samen te werken, we tonen sterke academische samenwerking naast een opkomende kwantumeconomie, " hij zei.

Professor Dzurak zei:"Een van de geweldige dingen van dit resultaat is dat het is samengesteld door mensen die van over de hele wereld naar Sydney komen, aangetrokken tot het sterke kwantumwetenschappelijke ecosysteem dat we hier hebben gebouwd."

De hoofdauteur van het artikel en UNSW Ph.D. student, Anderson West, zei:"Ik voelde me aangetrokken tot het werken met professor Dzurak en zijn team uit de VS, omdat ik echt onder de indruk was van wat ze deden met siliciumqubits."

Corresponderende auteur Dr. Bas Hensen trad toe tot UNSW vanuit Nederland, waar hij al naam had gemaakt door experimenteel een fundamenteel principe van de kwantummechanica te demonstreren met behulp van verstrengelde qubits in diamant. Hij zei:"Ik wilde me graag bezighouden met qubits in silicium en UNSW was daar duidelijk de juiste plek voor."

Dr. Alexis Jouan van de Universiteit van Sydney, die hebben meegewerkt aan het onderzoek, komt oorspronkelijk uit Frankrijk, waar hij tweedimensionale supergeleiders met hoge frequentie bestudeerde. Hij zei:"Ik ben erg blij om in de Reilly-groep in Sydney te zitten, dat is een van de beste plaatsen om de kwantumwereld verder te verkennen."