Altmodisches Silizium könnte der Schlüssel zum Bau allgegenwärtiger Quantencomputer sein

Seit Jahrzehnten bilden Siliziumchips das Herzstück aller Arten von Computergeräten. Aber im Rennen um die Entwicklung von Quantencomputern, einer unglaublich leistungsfähigen neuen Art von Technologie, ist Silizium gegenüber anderen Materialien in den Hintergrund getreten. Neue Fortschritte könnten es attraktiver machen.

Theoretisch sollte Silizium ein großartiger Kandidat für den Antrieb von Maschinen der nächsten Generation sein. Es gibt bereits eine riesige Infrastruktur, die auf die Herstellung von Computerchips aus Silizium ausgerichtet ist. Und es gibt bereits Methoden zur Erzeugung von Qubits oder Quantenbits mit siliziumbasierten Ansätzen.

Qubits sind die grundlegenden Bausteine ​​von Quantenmaschinen. Die Fähigkeit eines Qubits, in zwei Zuständen zu sein ( 0 und eins ) gleichzeitig – bekannt als Superposition – ermöglicht die massiv parallele Verarbeitung, die dazu bestimmt ist, die Fähigkeiten der leistungsstärksten herkömmlichen Computer zu überflügeln.

Aber siliziumbasierte Ansätze haben sich als weniger beliebt erwiesen als alternative Wege zur Erzeugung von Qubits, beispielsweise einer, der supraleitende Materialien wie Aluminium verwendet, die auf extreme Temperaturen gekühlt werden. Silizium wurde unter anderem weitgehend gemieden, weil es schwierig ist, auf diese Weise erzeugte Qubits zu kontrollieren, und es unklar ist, ob die resultierenden Maschinen gut skalieren würden.

Der Chipgigant Intel hofft, dass Spin-Qubits dazu beitragen werden, solche Bedenken auszuräumen. Die Grundidee besteht darin, mit winzigen Mikrowellenimpulsen den Spin eines Elektrons auf einem Siliziumgerät zu steuern und damit effektiv Qubits zu erzeugen.

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Akademiker haben daran gearbeitet, diesen Ansatz effizienter zu gestalten. In ein Papier heute veröffentlicht in Natur , sagen Forscher der Delft University of Technology in den Niederlanden und der University of Wisconsin-Madison, dass sie in der Lage waren, eine Zwei-Qubit-Maschine basierend auf Spin-Qubits zu programmieren, um einige Algorithmen auszuführen, die typischerweise zum Testen der Effektivität von Quantenmaschinen verwendet werden. einschließlich einer, die zum Durchsuchen einer Datenbank verwendet werden könnte.

Laut Thomas Watson, einem der Forscher, beruhte der Fortschritt des Teams auf Dingen wie der Suche nach besseren Wegen zur Kalibrierung der Gatter in der Maschine oder der grundlegenden Quantenschaltkreise. Er glaubt, dass siliziumbasierte Systeme es letztendlich ermöglichen könnten, Qubits dichter zusammenzupacken als andere Ansätze. Je näher Qubits beieinander liegen, desto einfacher ist es, sie dazu zu bringen, Nachbarn zu beeinflussen, was die Rechenleistung von Maschinen erhöht.

Doch nicht nur die Gemütlichkeit zählt. Wenn Qubits sowohl weiter entfernte als auch nahe Nachbarn beeinflussen können, dann hat ein Computer noch mehr Rechenleistung zu bieten. Darauf haben sich Forscher der Princeton University, der Universität Konstanz in Deutschland und des Joint Quantum Institute/NIST in Maryland konzentriert. In einem anderen Papier veröffentlicht in Natur beschreiben sie eine Methode zur Verwendung von Mikrowellenphotonen, um entfernte Qubits zu koppeln.

Es gibt noch viel zu tun, um Silizium-basierte Qubits zu einem Punkt zu bringen, an dem sie ernster genommen werden, aber das Potenzial ist vorhanden. Sie bleiben länger in Quantenzuständen als ihre supraleitenden Gegenstücke, wodurch mehr Operationen an ihnen durchgeführt werden können. Sie können auch bei höheren Temperaturen funktionieren, was bedeutet, dass sie keine so komplexe Ausrüstung benötigen, um sie zu unterstützen.

Intel glaubt, dass all dies es einfacher machen wird, Quantencomputer auf die Millionen von Qubits zu skalieren, die für die Herstellung eines wirklich nützlichen kommerziellen Systems erforderlich sind, weshalb es Forscher unterstützt, die an siliziumbasierter Quantentechnologie arbeiten. Es plant auch, in derselben Fabrik, in der seine fortschrittlichen Transistortechnologien verarbeitet werden, mit der Produktion von Wafern mit vielen Tausend kleinen Qubit-Arrays zu beginnen.

Aber auch der größte Silizium-Fan sichert sich im Quantenrennen ab: Auch Intel entwickelt supraleitende Qubits.

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