We weten allemaal dat de kwantumcomputers de uitdrukking zijn van een technologie die zich bijna in de beginfase van ontwikkeling bevindt, maar belooft de kracht van computers tegenwoordig exponentieel te vermenigvuldigen. Onlangs hebben wetenschappers echter een nieuw soort kwantumcomputer uitgevonden die een revolutie teweeg kan brengen in de computerwereld.
laten zien
Flip Flop Qubit: wetenschappers stellen een nieuw soort kwantumcomputer voor
De kwantumcomputers zijn de uitdrukking van een technologie die zich bijna in de beginfase van ontwikkeling bevindt, maar belooft de kracht van computers tegenwoordig exponentieel te vermenigvuldigen. De werking ervan is gebaseerd op “qubits”, informatie-eenheden die zijn opgebouwd uit deeltjes met een kwantumgedrag.
Hiervoor worden lasergebonden atomen, ionenvallen en soms de eigenschappen van supergeleiders gebruikt. Het probleem is dat er nog veel werk nodig is om deze natuurkundige fenomenen zodanig te kunnen beheersen dat er een groot aantal qubits bij elkaar kan worden gebracht. De vreemde regels van de kwantummechanica maken het werk moeilijk.
Ingenieurs van de University of New South Wales (Australië) hebben een radicaal nieuw qubit-ontwerp gepresenteerd. Het is gebaseerd op een “flip-flop”-systeem, dat belooft de toekomstige grootschalige productie van kwantumchips een veel goedkoper en eenvoudiger proces te maken dan eerder werd gedacht.
Het ontwerp heeft een groot voordeel. Het werkt zonder de atomen in een zeer strikte positie te hoeven plaatsen, zoals bij andere chips. Het maakt het met name mogelijk om de qubits te interlacen op afstanden tot honderden nanometers.
“Het is een briljant ontwerp en net als veel conceptuele sprongen is het verrassend dat niemand er eerder aan had gedacht”, zegt Andrea Morello, co-auteur van de studie en wetenschapper bij het Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T). in een verklaring.
De auteurs van het artikel zeggen dat ze een nieuwe manier hebben gecreëerd om de “spin” van de “qubit” te definiëren, een eigenschap die nuttig is voor het atoom om effectief te functioneren als een eenheid van geheugen of bit. Met deze nieuwe modus kan de qubit worden bestuurd door elektrische in plaats van magnetische signalen, wat het grote voordeel heeft dat de qubit veel gemakkelijker te distribueren en te lokaliseren is in een chip.
Het probleem van de grootte
Dit maakt het mogelijk om een grote beperking in het ontwerp van kwantumcomputers te overwinnen: de grootte. De reden is dat het essentieel is om het aantal “qubits” dat zich kan ophopen te vergroten, en het is meestal ook nodig dat deze allemaal heel dicht bij elkaar liggen: conventioneel op een minimale afstand van 50 atomen, of tussen 10 en 20 nanometer. Dit is de enige manier voor hen om te genieten van de eigenschap die bekend staat als ‘kwantumverstrengeling’, wat onmisbaar is voor het verschijnen van kwantumberekening.
Dit houdt in dat je duizenden of miljoenen “qubits” moet verzamelen in een kleine ruimte en ze ook moet koppelen aan alle benodigde controlesystemen. De enige oplossing is dat ze een miniatuurformaat hebben van slechts enkele nanometers.
Op dit moment is de technologie niet in staat om dit te bereiken. Daarom biedt dit ‘flip-flop’-ontwerp een nieuwe manier om computers te verbeteren, omdat het de mogelijkheid biedt om de maximale afstanden tussen qubits te vergroten zonder interlacing te verliezen.
De techreuzen als IBM en Google zijn erin geslaagd kwantumcomputers te bouwen met het hoogste aantal “qubits” tot nu toe met supergeleiders en ionenvallen. Maar dit alles ten koste van veel ruimtegebruik, wat een limiet is als het in de toekomst de duizenden of miljoenen qubits wil bereiken.
“Onze nieuwe aanpak bevindt zich op het ideale tussenpunt”, zegt Andrea Morello, co-auteur van het onderzoek. “Het is gemakkelijker te produceren dan apparaten op atomaire schaal, maar het stelt ons nog steeds in staat om miljoenen qubits op één vierkante millimeter te plaatsen.”
De “truc” van de chip
De truc van dit apparaat is dat het zowel de kern als het elektron van de atomen waaruit de qubit bestaat, gebruikt. De onderzoekers profiteren van een ladingsverschil tussen de kern en het elektron en laten beide interageren op een afstand van maximaal 1.000 nanometer.
“Dit betekent dat we nu” qubits “van een individueel atoom ver weg kunnen plaatsen dan eerder werd gedacht”, legt Morello uit.
Volgens veel onderzoekers is het ontwerp van kwantumcomputers de ruimtewedloop van de eenentwintigste eeuw. Het bedrijf is erg complex, maar belooft computers te maken die veel krachtiger zijn dan de huidige en die in meerdere toepassingen kunnen worden gebruikt, zoals gezondheidszorg, chemie, defensie, ruimtevaart of transport.
Dus, wat vind je hiervan? Deel eenvoudig uw mening en gedachten in het commentaargedeelte hieronder.