Para ilmuwan telah menghubungkan putaran nuklir di dalam chip silikon, menandai lompatan menuju komputer kuantum yang dapat diskalakan.
Insinyur di UNSW telah mencapai terobosan besar Komputasi kuantum dengan menciptakan apa yang dikenal sebagai “kuantum terjerat.” Dalam fenomena ini, dua partikel menjadi sangat terhubung sehingga perilaku mereka tidak lagi dapat dijelaskan secara independen satu sama lain. Tim mencapai hal ini dengan menggunakan putaran dua inti atom, sumber daya yang dianggap penting bagi komputer kuantum untuk mengungguli mesin tradisional.
Temuan, diterbitkan di Sainstandai langkah penting menuju pengembangan komputer kuantum skala besar, yang secara luas dipandang sebagai salah satu batas ilmiah dan teknologi paling ambisius di abad ke-21.
Menurut penulis utama Dr. Holly Stemp, karya ini menunjukkan jalan untuk membangun microchip kuantum di masa depan dengan teknologi yang sudah tersedia.
“Kami berhasil membuat objek kuantum terbersih, sebagian besar terisolasi berbicara satu sama lain, pada skala di mana perangkat elektronik silikon standar saat ini dibuat,” katanya.
Kesulitan utama dalam merancang komputer kuantum telah menemukan keseimbangan yang tepat antara dua persyaratan yang bertentangan: melindungi keadaan kuantum yang halus dari gangguan dan kebisingan, sambil tetap memungkinkan mereka untuk berinteraksi untuk melakukan perhitungan. Tantangan ini menjelaskan mengapa berbagai jenis perangkat keras kuantum tetap dalam persaingan. Beberapa sistem dapat melakukan operasi dengan sangat cepat tetapi sangat rentan terhadap kebisingan, sementara yang lain lebih terlindungi dari gangguan tetapi jauh lebih sulit untuk dikendalikan dan diperluas.
Tim UNSW telah berinvestasi dalam platform yang – sampai hari ini – dapat ditempatkan di kamp kedua. Mereka telah menggunakan putaran nuklir atom fosfor, ditanamkan dalam chip silikon, untuk mengkodekan informasi kuantum.
“Putar inti atom adalah objek kuantum terbersih, paling terisolasi yang dapat ditemukan di negara padat,” kata Profesor Sciencia Andrea Morello, Sekolah Teknik & Telekomunikasi Listrik UNSW.
“Selama 15 tahun terakhir, kelompok kami telah memelopori semua terobosan yang menjadikan teknologi ini pesaing nyata dalam ras komputasi kuantum. Kami sudah menunjukkan bahwa kami dapat menyimpan informasi kuantum selama lebih dari 30 detik – keabadian, di dunia kuantum – dan melakukan operasi logika kuantum dengan kesalahan kurang dari 1%.
“Kami adalah yang pertama di dunia yang mencapai ini di perangkat silikon, tetapi semuanya datang dengan harga: isolasi yang sama yang membuat inti atom begitu bersih, membuatnya sulit untuk menghubungkannya bersama dalam prosesor kuantum skala besar.”
Sampai sekarang, satu -satunya cara untuk mengoperasikan beberapa inti atom adalah agar mereka ditempatkan sangat berdekatan di dalam padatan, dan dikelilingi oleh satu dan elektron yang sama.
“Kebanyakan orang menganggap elektron sebagai partikel subatomik terkecil, tetapi fisika kuantum memberi tahu kita bahwa ia memiliki kemampuan untuk ‘menyebar’ di luar angkasa, sehingga dapat berinteraksi dengan beberapa inti atom,” kata Dr. Holly Stemp, yang melakukan penelitian ini di UNSW dan sekarang menjadi peneliti postdoctoral di DENGAN di Boston.
“Meski begitu, kisaran di mana elektron dapat menyebar sangat terbatas. Selain itu, menambahkan lebih banyak nuklei ke elektron yang sama membuatnya sangat menantang untuk mengendalikan setiap nukleus secara individual.”
Membuat inti atom berbicara melalui ‘telepon’ elektronik
“Melalui metafora, orang bisa mengatakan bahwa, sampai sekarang, nuklei seperti orang yang ditempatkan di ruang kedap suara,” kata Dr. Stemp.
“Mereka dapat berbicara satu sama lain selama mereka semua berada di ruangan yang sama, dan percakapannya benar -benar jelas. Tetapi mereka tidak dapat mendengar apa pun dari luar, dan hanya ada begitu banyak orang yang dapat muat di dalam ruangan. Mode percakapan ini tidak ‘skala’.
“Dengan terobosan ini, seolah -olah kita memberi orang telepon untuk berkomunikasi dengan kamar lain. Semua kamar masih bagus dan tenang di dalam, tetapi sekarang kita dapat melakukan percakapan antara lebih banyak orang, bahkan jika mereka jauh.”
‘Telepon’, pada kenyataannya, adalah elektron. Mark Van Blankenstein, penulis lain di atas kertas, menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi di tingkat sub-atom.
“Dengan kemampuan mereka untuk menyebar di ruang angkasa, dua elektron dapat ‘menyentuh’ satu sama lain pada jarak yang cukup jauh. Dan jika setiap elektron secara langsung digabungkan ke inti atom, inti dapat berkomunikasi melalui itu.”
Jadi seberapa jauh jarak nukleus yang terlibat dalam percobaan?
“Jarak antara nuklei kami adalah sekitar 20 nanometer – seperseribu lebar rambut manusia,” kata Dr. Stemp.
“Itu tidak terdengar banyak, tetapi pertimbangkan ini: jika kita meningkatkan masing -masing nukleus dengan ukuran seseorang, jarak antara nuklei akan hampir sama seperti antara Sydney dan Boston!”
Dia menambahkan bahwa 20 nanometer adalah skala di mana chip komputer silikon modern secara rutin diproduksi untuk bekerja di komputer pribadi dan ponsel.
“Anda memiliki miliaran transistor silikon di saku Anda atau di dalam tas Anda saat ini, masing-masing berukuran sekitar 20 nanometer. Ini adalah terobosan teknologi kami yang sebenarnya: mendapatkan objek kuantum yang paling bersih dan paling terisolasi yang berbicara satu sama lain pada skala yang sama dengan perangkat elektronik yang ada. nuklei. “
Jalan Maju
Terlepas dari sifat eksotis dari percobaan, para peneliti mengatakan perangkat ini tetap kompatibel secara fundamental dengan cara semua chip komputer saat ini dibangun. Atom-atom fosfor diperkenalkan dalam chip oleh tim Profesor David Jamieson di University of Melbourne, menggunakan lempengan silikon yang sangat murni yang disediakan oleh Profesor Kohei Itoh di Universitas Keio di Jepang.
Dengan menghilangkan kebutuhan akan inti atom untuk melekat pada elektron yang sama, tim UNSW telah menyisihkan penghalang jalan terbesar ke peningkatan komputer kuantum silikon berdasarkan inti atom.
“Metode kami sangat kuat dan dapat diskalakan. Di sini kami hanya menggunakan dua elektron, tetapi di masa depan kami bahkan dapat menambahkan lebih banyak elektron, dan memaksa mereka dalam bentuk yang memanjang, untuk menyebarkan inti lebih jauh,” kata Prof. Morello.
“Elektron mudah untuk bergerak dan ‘memijat’ ke dalam bentuk, yang berarti interaksi dapat dinyalakan dan dimatikan dengan cepat dan tepat. Itulah yang dibutuhkan untuk komputer kuantum yang dapat diskalakan.”
Referensi: “Keterikatan skala nuklir yang dimediasi oleh pertukaran elektron” oleh Holly G. Stemp, Mark R. Van Blankenstein, Serwan Asaad, Mateusz T. Mądzik, Benjamin Joecker, Hannes R. Furge, Arne Laucht, Fay E. Hudson Laucht, Andrew S. Dzurak, Arne Laucht, Fay E. Hudson Laucht, Andrew S. Dzurak, Dzurak, Fay E. Hudson Laucht, Andrew S. Dzurak, Dzurak, Laucht, Fay E. Hudson Laucht, Andrew S. Dzurak, Dzurak, Laucht, Fay E. Hudson Laucht, Andrew S. Dzurak, Dzurak, Laucht, Fay E. Hudson Laucht, Andrew S. Dzurak David N. Jamieson dan Andrea Morello, 18 September 2025, Sains.
Doi: 10.1126/science.ady3799
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
Ikuti kami di Google dan Google News.
BN Babel
