Australische Wissenschaftler konnten die Fehlerrate in Halbleiter-Qubits, den Einheitszellen eines Quantencomputers, auf 0,04% senken. Dies ebnet den Weg für die Schaffung universeller Computer, sagen Physiker in der Zeitschrift Nature Electronics.
Seit einigen Jahren entwickeln Dzurak und seine Universitätskollegen die Komponenten, die für die Montage eines vollwertigen Festkörper-Quantencomputers erforderlich sind. 2010 schufen sie einen Quanten-Einzelelektronentransistor und 2012 ein vollwertiges Silizium-Qubit auf der Basis des Phosphor-31-Atoms.
2013 stellten sie eine neue Version des Qubits zusammen, die es ermöglichte, Daten mit nahezu 100% iger Genauigkeit daraus zu lesen, und die sehr lange stabil blieb. Im Oktober 2015 haben Dzurak und sein Team den ersten Schritt zur Schaffung des ersten Siliziumquantencomputers unternommen, indem sie zwei Qubits zu einem Modul kombiniert haben, das eine logische ODER-Verknüpfung ausführt.
Es war nur noch ein Schritt übrig - zu lernen, wie man ähnliche Qubits mit denselben Halbleitertechnologien wie die Zellen des Quantenspeichers selbst kombiniert. Dies war äußerst schwierig, da „gewöhnliche“Halbleiter-Qubits nur in kurzer Entfernung miteinander interagieren können.
Nachdem australische Wissenschaftler dieses Problem vor zwei Jahren gelöst hatten, überlegten sie, wie sie Qubits zu einem Ganzen "zusammenkleben" und lernen können, wie sie wie Elektronikhersteller bei der Herstellung von Mikroschaltungen "gedruckt" werden. Das Ergebnis dieser Überlegungen waren die ersten Pläne zur Schaffung von Quanten- "Mikroschaltungen", die vom Dzurak-Team im Dezember 2017 vorgestellt wurden.
Wie Dzurak feststellte, gelang es seinem Team im vergangenen Herbst, diese Ideen mithilfe der sogenannten CMOS-Technologie in die Praxis umzusetzen - einer der gängigsten und bewährten Methoden zur Herstellung von Mikroschaltungen. Wissenschaftler haben es verwendet, um alle Komponenten der Qubits sowie Mikrowellenemitter, Quantenpunkte und Transistoren zu "drucken", die zum korrekten Schreiben neuer Daten in eine Quantenspeicherzelle erforderlich sind.
Nachdem sie dieses Problem gelöst hatten, dachten die Physiker über den nächsten großen Schritt nach - um einen wirklich universellen Quantencomputer zu schaffen, mussten sie ihre Qubits nahezu perfekt funktionieren lassen und nicht mehr als 1% der Zeit Fehler machen. In diesem Fall können die restlichen Probleme in ihrer Arbeit mithilfe spezieller Fehlerkorrekturalgorithmen und logischer statt physischer Qubits beseitigt werden.
Wie der Forscher feststellt, gibt es zwei Möglichkeiten, die Genauigkeit solcher Geräte zu verbessern - indem das Design der Speicherzellen selbst verbessert und die Art und Weise geändert wird, in der Informationen gelesen und in sie geschrieben werden. Australische Physiker gingen den zweiten Weg und verwendeten Algorithmen und Techniken, die von ihren theoretischen Kollegen an der Universität von Sydney entwickelt wurden.
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Sie halfen Zuraku und seinem Team, die Struktur der Mikrowellensteuerimpulse so zu ändern, dass die Anzahl der Fehler beim Lesen oder Schreiben von Daten um mehrere Größenordnungen reduziert wurde. Infolgedessen haben Wissenschaftler nicht nur die „Barriere der Fehlerkorrektur“überschritten, sondern auch supraleitende und „atomare“Qubits umgangen, die zuvor als vielversprechender für die Schaffung komplexer Quantenmaschinen angesehen wurden.
In naher Zukunft planen beide Forschergruppen, ähnliche Messungen an Kombinationen mehrerer Qubits und Mikroschaltungen durchzuführen, die bereits von Dzurak und seinem Team in der Vergangenheit erstellt wurden. Wissenschaftler hoffen, dass sie in der Lage sein werden, die Gesamtfehlerrate auf ein Niveau zu senken, das die Schaffung eines vollwertigen Quantencomputers in den kommenden Jahren ermöglicht.
