Mérföldkő a kvantumtechnológiában
A Princeton-csapat által fejlesztett qubit több mint egy ezredmásodpercig képes koherensen működni, ami háromszor hosszabb idő, mint a jelenlegi laborrekord, és tizenötszöröse az ipari szabványnak. Ez a szint ugrásszerű előrelépést jelent a gyakorlati felhasználás felé, hiszen jelenleg a qubitek legnagyobb problémája a gyors információvesztés. Az új megoldással valódi kvantumprocesszort is építettek, amely demonstrálta a hibatűrési képességet is, támogatva a nagyobb rendszerek felé skálázódást.
Másfelől ezek az új qubitek teljes mértékben kompatibilisek a Google és az IBM által fejlesztett rendszerekkel. A Princeton-elemzések szerint, ha a Google Willow processzora ezekkel a qubitekkel működne, a teljesítménye akár ezerszeresére is nőhetne. Ahogy egyre több qubitet építenek egy rendszerbe, a mostani Princeton-féle fejlesztés előnyei exponenciálisan nőnek.
Miért ennyire fontosak a jobb qubitek?
A kvantumszámítógépektől hatalmas áttörést várnak olyan problémák megoldásában, amelyek a hagyományos számítógépeken megoldhatatlanok. Egyelőre viszont ezek a gépek túl gyorsan elvesztik információjukat, mielőtt a bonyolult számításokat befejezhetnék. A Princeton-csoport most 10 év óta a legnagyobb növekedést érte el a qubitek koherenciaidejében, vagyis az információ megőrzésében.
Miközben sok labor más-más qubittípusokat próbál, a Princeton fejlesztése a transzmon qubitre, azaz az alacsony hőmérsékleten működő szupravezető körökre épül. Ezek az eszközök kevéssé érzékenyek a külső zavarokra, és jól gyárthatók iparilag – mégis, eddig nem sikerült drasztikusan javítani az információmegőrzésüket. A legnagyobb fékező tényező immár az anyaghibákban keresendő.
Tantál és szilícium: új anyagpárosítás, új szint
A Princeton-csapat két új megoldást kombinált: egyrészt alkalmaztak tantált – egy olyan fémet –, amely kivételesen jól tartja az energiát, másrészt lecserélték az eddig szabványos zafír hordozót nagy tisztaságú szilíciumra. Ezek illesztése technikai kihívás volt, de jelentős előnyöket hozott.
Az eredmény: az új tantál–szilícium architektúra nemcsak sokkal jobban teljesít, hanem gyártás szempontjából is egyszerűbb. A tantál különösen ellenáll a szennyeződések eltávolításakor alkalmazott vegyi hatásoknak – savval tisztítható, akkor sem romlik az anyag. A kontraszt érzékeltetéséhez érdemes megemlíteni, hogy amikor már kiválasztották a tantált, az alapszubsztrátum (zafír) maradt a legnagyobb veszteségforrás, amit az ultratiszta szilícium teljesen kiküszöbölt.
Egymásra találó tudás: labor, ipar, anyagtudomány
A siker három különböző kutatócsoport összehangolt munkájának gyümölcse lett. Az egyik csapat a szupravezető körök tervezésére, optimalizálására koncentrált, a másik a kvantummérésre és anyag-előkészítésre, a harmadik csoport pedig évtizedek óta fejleszti a szupravezető anyagokat. Ezt a komplex eredményt csak így, egyesítve érték el.
A projekt jelentőségét az is mutatja, hogy a finanszírozást részben a Google Quantum AI, részben az amerikai állam (Energetikai Minisztérium), részben pedig átfogó tudományos programok biztosították. A közös munka már most felkeltette az ipari szféra érdeklődését is, mivel az új architektúra zökkenőmentesen alkalmazható a nagyléptékű rendszerekben.
A fordulat oka mindenkit meglepett: az évtizedes anyagkutatás és a merész technológiai váltás végül egyszerű, ipari szintű gyárthatósággal kecsegtet. Egy 1 000 qubites kvantumszámítógép a Princeton-féle újításokkal elméletben egymilliárdszor hatékonyabb lehet, mint a mostani iparági csúcsgépek.
Hasznos kvantumszámítógépek küszöbén
Az új tantál–szilícium chip mind anyagában, mind tervezésében mérföldkő, amely felgyorsíthatja az egész kvantumiparág előrehaladását. A módszert bármely cég könnyedén alkalmazhatja, amely ipari méretű kvantumprocesszorokat fejleszt. Most a szilíciumon bizonyított eredmény megmutatja a legfontosabb lépéseket és alapvető jellemzőket, amelyek szükségesek a hosszú koherenciaidő eléréséhez.
Az áttörés végül az akadémiai és az ipari együttműködés diadala: miközben a kutatók a legmélyebb alapelveket vizsgálhatják, az ipar rakhatja össze belőlük a nagy gépeket. Az új kvantumchip most olyan előnyt adhat a következő fejlesztőknek, amely minden eddiginél egyszerűbben gyártható, stabilabb és lényegesen hatékonyabb, mint amit eddig bárki elképzelt.
