Gallai cyfrifiaduron cwantwm, systemau cyfrifiadurol sy'n prosesu gwybodaeth gan ddefnyddio effeithiau mecanyddol cwantwm, berfformio'n well na chyfrifiaduron clasurol ar rai tasgau cyfrifiannol. Mae'r cyfrifiaduron hyn yn dibynnu ar qubits, sef yr unedau sylfaenol o wybodaeth cwantwm, a all fodoli mewn cyflyrau lluosog (0, 1 neu'r ddau ar yr un pryd), oherwydd effeithiau cwantwm a elwir yn arosodiad a maglu.
Mae llawer o'r cyfrifiaduron cwantwm a ddatblygwyd yn ystod y blynyddoedd diwethaf yn seiliedig ar uwch-ddargludyddion confensiynol, deunyddiau sy'n arddangos gwrthiant trydanol o sero ar dymheredd isel iawn. Er mwyn gweithredu'n ddibynadwy ac arddangos uwch-ddargludedd, mae angen oeri cylchedau sy'n seiliedig ar y deunyddiau hyn i dymheredd milikelvin.
Mewn cyfrifiaduron cwantwm, mae angen ei linell reoli ei hun ar bob qubit fel arfer. Mae hyn yn golygu bod angen i beirianwyr gyflwyno nifer o wifrau sy'n cario curiadau trydanol (hy, llinellau signal), ac mae nifer y gwifrau angenrheidiol yn cynyddu gyda nifer y cwbits. Wrth i gyfrifiaduron cwantwm dyfu'n fwy, gall hyn fod yn broblemus, wrth i broseswyr ddod yn anoddach eu hadeiladu a'u gweithredu'n ddibynadwy.
Yn ddiweddar, cyflwynodd ymchwilwyr yn Seeqc Inc., cwmni sy'n datblygu systemau cyfrifiadurol cwantwm digidol, brosesydd cwantwm newydd a allai weithredu'n ddibynadwy ac ar dymheredd milikelvin, er bod angen llawer llai o wifrau arno. Mae'r prosesydd hwn, a gyflwynwyd mewn papur a gyhoeddwyd ynElectroneg Natur, Mae ganddo ddyluniad unigryw lle mae qubits a'u electroneg rheoli yn cael eu hintegreiddio ar ddau sglodyn uwchddargludo ar wahân ond cysylltiedig.
“Mae datblygiad llwyfannau cyfrifiadura cwantwm uwchddargludol yn wynebu heriau graddio sylweddol oherwydd bod angen llinellau signal unigol i reoli pob cwbit,” ysgrifennodd Caleb Jorda, Jacob Bernhardt a’u cydweithwyr yn eu papur. "Mae'r gwifrau uwchben hwn yn ganlyniad i'r lefel isel o integreiddio rhwng yr electroneg reoli ar dymheredd ystafell a'r qubits sy'n gweithredu ar dymheredd milikelvin. Dewis arall addawol yw defnyddio electroneg rheoli digidol uwch-ddargludo cryogenig sy'n cydfodoli â qubits."
Goresgyn yr her gwifrau
Er mwyn goresgyn y problemau gwifrau sydd hyd yma wedi rhwystro datblygiad proseswyr cwantwm ar raddfa fwy, dyluniodd y tîm ymchwil hwn fodiwl sglodyn aml-- newydd. Mae'r modiwl hwn yn cynnwys dau sglodyn ar wahân, un cwbits cynnal a'r llall electroneg rheoli.
Defnyddiodd yr ymchwilwyr electroneg rheoli cwantwm fflwcs sengl yn benodol, cylchedau digidol uwch-ddargludol sy'n cynhyrchu curiadau trydanol byr iawn a manwl gywir trwy signalau magnetig meintiol bach. Roedd y sglodyn sy'n cynnal y cylchedau hyn wedi'i gysylltu â'r sglodyn sy'n cynnwys cylchedau uwchddargludo gan ddefnyddio dull a elwir yn fondio sglodion fflip-.
Mae'r dull hwn yn golygu gosod sglodion yn wyneb-i-wyneb ac yna eu cysylltu â thwmpathau metel microsgopig. Mae'r modiwl sglodion aml- a ddatblygwyd gan Jorda, Bernhardt a'u cydweithwyr yn gweithredu o fewn gosodiad cryogenig sy'n ei gadw ar dymheredd milikelvin.
"Rydym yn cyflwyno uned prosesydd cwantwm gweithredol lle mae qubits ac electroneg rheoli cwantwm fflwcs sengl yn cael eu hintegreiddio i fodiwl sglodyn aml--drwy fondio sglodion fflip," ysgrifennodd yr awduron. "Mae ein system yn defnyddio dadamlblecsio digidol i ddosbarthu curiadau rheoli i sawl cwbit, gan dorri'r raddfa linellol o linellau rheoli i nifer y cwbits. Gyda'r dull hwn, rydyn ni'n dangos ffyddlondeb cwbit sengl dros 99% a hyd at 99.9%."
Ymagwedd newydd at broseswyr cwantwm uwchraddol
Mae gan y prosesydd cwantwm a ddyluniwyd gan y tîm ymchwil hwn fanteision nodedig dros lawer o broseswyr cwantwm uwch-ddargludo eraill a gyflwynwyd yn y gorffennol. Mewn profion cychwynnol, canfuwyd ei fod yn perfformio'n rhyfeddol o dda, gan gynnal rheolaeth ragorol dros qubits heb fod angen gwifrau helaeth.
Yn y dyfodol, gallai'r dyluniad newydd gael ei ehangu i greu proseswyr cwantwm mwy sy'n cynnwys llawer o qubits ychwanegol ac a allai felly fynd i'r afael â phroblemau cyfrifiadurol mwy cymhleth. Yn ogystal, gallai ysbrydoli cyflwyno modiwlau cwantwm aml-sglodyn tebyg eraill sy'n gweithredu'n ddibynadwy ac yn haws i'w huwchraddio.
