ENGINEERINGNET.BE - Qubits maken gebruik van extreem kwetsbare quantumeffecten die door veel dingen worden verstoord, zoals de kleinste hoeveelheid warmte. Daarom worden qubits afgekoeld tot de koudst mogelijke temperaturen, dicht bij het absolute nulpunt: -273°C.
Het is nu gangbaar om een paar qubits koud genoeg te houden door ze in een kleine cryogene koelkast te plaatsen en ze met draden te verbinden met de elektronica buiten de koelkast. Maar het is erg moeilijk om dit systeem op te schalen tot miljoenen qubits.
Onderzoekers en ingenieurs van QuTech gebruikten daarom cryo-CMOS hardware om de extreme temperaturen van een qubit koelkast te weerstaan, met behoud van de prestaties van het hele systeem.
Onderzoeker Fabio Sebastiano (QuTech en TU Delft): "We zetten specifieke cryo-CMOS controllers in om het knelpunt van de interconnectie te verlichten. Nu zijn er minder draden nodig om de cryogene koelkast binnen te gaan, wat de schaalbaarheid van de quantumcomputer verbetert."
Collega Masoud Babaie: "Om cryo-CMOS-controllers verder te verfijnen, is een gecombineerde ontwerpaanpak van elektronica en quantumprocessoren nodig. Dit houdt in dat qubits strategisch worden opgesteld en verbonden met de controllers."
"Voor elk quantumplatform is een zorgvuldig onderzoek nodig van de signaalbehoeften en controlleroptimalisatie voor schaalbaarheid, waarbij de nadruk ligt op het verminderen van het stroomverbruik en de fysieke grootte. Dit is essentieel voor de ontwikkeling van grotere quantumcomputers."
Dr. Shintaro Sato van Fujitsu: "Bedrading tussen regelcircuits en qubits is een veelvoorkomend probleem bij het opschalen van quantumcomputers. De resultaten van ons gezamenlijk onderzoek onderstrepen het potentieel van cryo-CMOS-technologie voor diamant-spin-qubits om dit knelpunt te overwinnen."
Eerder bereikten de onderzoekers een cryogene controller voor spin-qubits in silicium. Hoewel die spin-qubits in principe samen met cryogene elektronica in een standaard proces voor geïntegreerde circuits gefabriceerd kunnen worden, hebben de diamant-qubits die hier gebruikt worden een aantal voordelen.
Ze hebben een betere natuurgetrouwheid, kunnen gemakkelijker op afstand met elkaar verbonden worden, waardoor er ruimte ontstaat voor elektronica in de buurt, en kunnen bij een relatief hogere temperatuur werken. De hogere werktemperatuur is vooral relevant voor de elektronica.
De onderzoekers werken nu aan de volgende stappen door alle andere benodigde functionaliteiten toe te voegen, zoals het uitbreiden van 1-qubit operaties naar 2-qubit operaties en het implementeren van de qubit uitleesfunctionaliteit, en door op te schalen naar grotere quantumprocessors.
