Mga Quantum Chip na Malapit sa Katotohanan gamit ang Nasusukat na Disenyo ng Silicon

Diraq researchers unveiled a commercially viable high-fidelity quantum bit at scale fabrication method that could revolutionize the computing sector. This proof of principle utilizes traditional manufacturing processes that have been utilized for decades to provide reliable, large-scale, fault-tolerant quantum computer chips that retain maximum fidelity. Here’s what you need to know.

Tumataas ang Pangangailangan para sa Abot-kayang Quantum Computers

May tumataas na pangangailangan para sa mga serbisyo at espesyalista sa quantum computing. Ayon sa mga kamakailang ulat, gumastos na ang mga kumpanya ng $2.35B sa mga quantum service noong nakaraang taon. Dagdag pa rito, nakaranas ang sektor ng malaking pagtaas sa pagkuha ng mga tauhan, kung saan ipinapakita ng mga estadistika ng LinkedIn ang 180% na pagtaas ng mga kumpanya na naghahanap ng mga propesyonal sa quantum mula 2020 hanggang 2024.
Maraming dahilan ang pagtaas ng pangangailangan sa quantum computing. Isa sa mga ito ay ang mga aplikasyon sa militar. Sa buong mundo, naglaan ang mga militar ng malaking pondo sa pag-asang makakuha ng kompetitibong kalamangan laban sa kanilang mga kakumpitensya.

Inisyatiba sa Quantum Benchmarking

Ang Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ng Estados Unidos ay kasalukuyang nagho-host ng Inisyatiba sa Quantum Benchmarking. Ang layunin ng proyektong ito ay alamin kung ang mga quantum computing chip ay maaaring i-scale at gawing mas matibay kaysa sa kanilang kasalukuyang disenyo, na may marupok na quantum state.

Upang maisakatuparan ang gawaing ito, napili ang 18 kumpanya upang magtagisan sa isa’t isa upang maabot ang utility scale sa loob ng sektor ng quantum computing. Ang utility scale ay isang terminong tumutukoy sa kakayahan ng quantum computing na lutasin ang mga problema na lagpas sa kakayahan ng mga kasalukuyang supercomputer.

Ang gawaing ito ay mangangailangan ng real-time error correction upang matugunan ang mga pangangailangan ng mataas na katapatan. Ang katapatan ay tumutukoy sa katumpakan ng chip. Kailangan ng mga inhinyero na lumikha ng quantum chip na maaaring mag-imbak at mag-access ng napakalaking dami ng impormasyon habang pinapanatili ang higit sa 100 qubits nang maaasahan sa marupok na quantum state.

Mga Quantum Chip na Batay sa Silicon

Maraming iba’t ibang uri ng disenyo ng quantum chip ang nagamit upang lumikha ng quantum hardware. Gayunpaman, ang pagpapakilala ng mga silicon-based na quantum chip ay may malaking mga benepisyo.
Una, maaari nilang magamit ang bilyong dolyar na imprastruktura at mga estratehiya sa paggawa na nakatakda na para sa tradisyonal na mga chip. Dagdag pa, kayang maglaman ng milyong-milyong qubits ang isang chip. Ang mga qubits na ito ay tumpak na inilalagay upang magbigay ng mahusay na quantum computing.

Mga Susunod na Hakbang

Kinikilala ang potensyal na hatid ng teknolohiyang silicon spin-qubit, naghanap ang mga inhinyero ng mga paraan upang mapabuti ang mga disenyo ng chip na ito. Kasama sa kanilang pananaliksik ang malawak na pagsusuri sa laboratoryo. Napatunayan na tama ang mga resulta ng laboratoryo. Gayunpaman, hanggang ngayon, wala pang pagsubok kung maaaring makamit ang parehong antas ng katumpakan gamit ang tradisyunal na pamamaraan ng paggawa sa industriyal na sukat.

Upang maisakatuparan ang gawaing ito, kailangang pagtagumpayan ng mga inhinyero ang ilang hamon sa materyales. Kailangang isaalang-alang ng kanilang disenyo ang panghihimasok na dulot ng charge noise at static disorder. Ang mga isyung ito ay nagmumula sa mga depekto at bitag sa mga interface at oxide na matatagpuan sa mga disenyo ng silicon chip.

Malamihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip

Ang kamakailang pag-aaral na ‘Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity¹’ na inilathala noong Setyembre 24 sa Nature, ay nagbibigay ng mahalagang pananaw sa mga kritikal na sukatan na responsable sa pag-abot ng scalable na mga quantum chip.

Kinokonekta nito ang mga ugnayan sa pagitan ng real-time monitoring capabilities at kakayahang itama ang mga quantum error. Partikular, itinuturo ang mga ugnayan sa pagitan ng electrical noise at Hall bar transport. Bilang bahagi ng gawain, nagdisenyo ang Diraq ng bagong software para sa pagmomodelo ng disenyo ng chip.

Nakipagtulungan sila sa kumpanya ng paggawa ng chip na imec, na responsable sa huling paggawa ng device. Mula roon, lumikha ang koponan ng ilang disenyo gamit ang silicon wafers at tradisyunal na CMOS geometry.

Standard na Kagamitan

Nagpasiya ang mga inhinyero na gumamit ng ilang dalawang-qubit na device na gumagamit ng planar metal–oxide–semiconductor na may polysilicon gates. Ang mga device ay ginawa gamit ang standard semiconductor tooling sa isang 300-mm foundry environment. Partikular, ang arkitektura ay kinabibilangan ng double quantum dot at isang single-electron transistor (SET), na nagbigay ng real-time spin read-out.
Kapansin-pansin, ang apat na electron sa double dot na nabuo sa ilalim ng plunger gate electrodes ng device ay nagpapahintulot sa kontrol ng tunnel coupling sa pagitan ng mga dot at nagbibigay ng noise analysis. Mula roon, inilagay ang buong yunit sa isang 3He/4He dilution refrigerator na itinakda sa base temperature na 10 mK sa isolated mode.

Pagsusuri sa Bagong Disenyo ng Quantum Chip

Upang subukan ang kanilang ginawa, inilantad ng koponan ang device sa ilang eksperimental na kondisyon na nilikha sa loob ng UNSW research lab. Ang unang hakbang ay suriin ang pangunahing functionality ng qubit ng chip. Kasama sa pagsubok na ito ang pagsusuri ng parehong one at two-qubit gates at pagrehistro ng error rates.

Kapansin-pansin, gumamit ang koponan ng state-of-the-art gate set tomography (GST) tool upang makakuha ng mahalagang pananaw sa quantum state nang real time. Pinayagan sila ng pamamaraang ito na matukoy ang mga factor ng interference tulad ng crosstalk at ang paghahati sa pagitan ng stochastic at coherent errors.

Pagkatapos i-dokumento ang apat na disenyo, nagsagawa sila ng cryo-probing measurements sa karagdagang 16 na opsyon. Ang bawat chip ay may bahagyang magkaibang hugis at arkitektura, na nagbigay-daan sa koponan na maunawaan kung paano nagbibigay ang kanilang disenyo ng pantay na electrostatic control sa mga gate electrode ng device.

Mga Resulta ng Pagsusuri sa Malakihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip

Ipinakita ng mga resulta ng pagsusuri na naging matagumpay ang konsepto. Ipinakita ng koponan ang mataas na pagganap ng mga qubit sa 300-mm wafer gamit ang tradisyunal na semiconductor foundries. Ipinapahiwatig ng kanilang datos na ang chip ay gumana eksaktong ayon sa inaasahan. Sa parehong single at two-qubit control facilities, nalampasan nito ang 99% na katumpakan sa lahat ng apat na device.
Ang mga resulta ng pagsusuring ito ay nagpapahiwatig na ang silicon quantum chip ng Diraq ay maaaring matagumpay na mass-produce gamit ang tradisyunal na CMOS strategies. Ang pagtuklas na ito ay nagbubukas ng pintuan para sa malakihang produksyon ng mga susunod na henerasyon ng quantum computing device.

Mga Benepisyo ng Malakihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip

Mag-swipe para mag-scroll →

Maraming benepisyo ang hatid ng pag-aaral na ito sa industriya. Una, nagbigay ito ng mahalagang kaalaman sa agham para mapagtagumpayan ang mga teknikal na limitasyon ng malakihang estratehiya sa paggawa ng quantum computing. Ipinakita rin nito ang paraan upang maisama ang mga quantum chip sa mass manufacturing sa hinaharap.

Katumpakan

Isa sa pinakamalaking tuklas ay na ang proseso ng foundry ay hindi nagbawas ng katumpakan o katapatan ng mga quantum chip. Sa katunayan, ipinakita nito na ang silicon-based na mga quantum chip ay maaaring mapanatili ang pandaigdigang antas ng katumpakan kapag nilikha gamit ang state-of-the-art na spin-qubit strategies na sinamahan ng real-time error correction.

Mala-masang Paggawa

Ang pangunahing layunin ng pag-aaral ay ipakita na ang silicon-based na quantum computer ay maaaring gamitin ang mature na industriya ng semiconductor. Nagtagumpay ang mga inhinyero sa layuning ito, na nagbubukas ng pintuan para sa malawakang pag-aampon ng mga chip na ito.

Mga Real-World na Aplikasyon at Takdang Panahon

May ilang aplikasyon para sa pag-aaral na ito. Una, makakatulong ito upang magbigay ng isang viable na landas para sa malakihang produksyon ng maaasahang silicon quantum chip. Ang mga device na ito ay gaganap ng mahalagang papel sa maraming high-tech na industriya, kabilang ang AI, aerospace, medikal, climate modeling, at marami pang iba.

Takdang Panahon ng Malakihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip

Aabutin ng 7-10 taon bago ka makapunta sa iyong lokal na tindahan ng computer at makakita ng mga quantum-powered na device sa abot-kayang presyo. Gayunpaman, ang gawaing ito ay nagbubukas ng daan para sa makatwirang presyong mga quantum-powered na computer sa susunod na dekada.

Mga Mananaliksik ng Malakihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip

Upang maging matagumpay ang Malakihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip, nakipagtulungan ang Diraq, isang UNSW Sydney nano-tech startup, sa European nanoelectronics institute Interuniversity Microelectronics Centre (imec). Kapansin-pansin, dati nang ipinakita ng Diraq ang isang silicon chip design na gumagawa ng mga qubit gamit ang CMOS processes sa kanilang laboratoryo.
Ang hakbang na ito ay nagbigay inspirasyon sa koponan na itulak pa ang teknolohiya, na nagpapahintulot sa paggamit ng malakihang pamamaraan ng paggawa. Ang pangunahing tagumpay na ito ay nagbubukas ng pintuan para sa mass production ng silicon-based na quantum chip na magagamit sa lahat mula transportasyon hanggang mga medikal na device.

Mga Hinaharap na Direksyon sa Pananaliksik

Sa kanilang mga plano, nagkomento ang mga inhinyero na magpapatuloy sila sa mas malalim na pagsisiyasat sa malalaking configuration at mas mataas na electron occupations. Ang kanilang layunin ay mas maunawaan ang pisikal na pinagmulan ng mga napansing error mechanisms at lumikha ng mga modelo na maaaring tumpak na magpahiwatig at maiwasan ang mga pangyayaring ito. Kung magtatagumpay, magbibigay ang gawaing ito ng malinaw na landas patungo sa mas mataas na pagganap sa sektor.

Pamumuhunan sa Quantum Computing

Maraming developer ng quantum computer ang gumagana sa buong mundo. Patuloy na itinutulak ng mga kumpanyang ito ang hangganan ng computing sa pamamagitan ng patuloy na pamumuhunan sa R&D upang mabawasan ang gastos sa paggawa. Narito ang isang kumpanya na nananatiling pioneering spirit sa merkado at kinikilala bilang isang industry leader.

Rigetti Computing

Pumasok ang Rigetti Computing (RGTI ) sa merkado noong 2013. Nakabase ito sa California at itinatag ng isang physicist na si Chad Rigetti. Ang orihinal na pokus ng Rigetti Computing ay sa paglikha at pagpapanatili ng superconducting qubits. Kasama sa pamamaraan na ito ang paglikha ng full-stack superconducting quantum systems at iba pang mahalagang hardware.
Kapansin-pansin, palaging pioneering spirit ang Rigetti Computing sa merkado. Halimbawa, inilunsad nila ang unang quantum processor noong 2016. Ang 3-qubit chip na ito ay nagbukas ng pintuan para sa mga susunod na inobasyon, kabilang ang paglabas ng Forest quantum programming environment, na tumulong sa pag-unlad ng mga algorithm.

Noong 2017, inilunsad ang Rigetti Quantum Cloud Services (QCS), na nagbigay-daan sa enterprise-level na pag-access sa makapangyarihang quantum chip. Ang hakbang na ito ay agad sinundan ng pagbubukas ng isang bagong foundry sa Fremont, CA, sa parehong taon. Ang mga hakbang na ito ay tumulong upang palakasin ang posisyon ng kumpanya at ang kakayahan sa paggawa.
Noong 2024, ipinakita ng Rigetti Computing ang kanilang 32-qubit processors. Sinundan ito ng isang strategic partnership sa AWS. Lahat ng mga hakbang na ito ay nagpalakas sa market positioning at consumer confidence ng Rigetti Computing. Dahil dito, ngayon ito ay itinuturing na isang mahusay na paraan upang magkaroon ng exposure sa sektor ng quantum computing.

Pinakabagong Balita at Pagganap ng Stock ng BDX (RGTI)

Malakihang Pag-aaral sa Paggawa ng Quantum Chip | Konklusyon

Maraming dahilan kung bakit ang paglikha ng silicon quantum chip na maaaring gamitin ang mature na industriya ng semiconductor ay panalo para sa lahat. Una, magdudulot ito ng pagbawas ng gastos at karagdagang pananaliksik. Gayundin, magbibigay ito ng inspirasyon para sa higit pang teknolohikal na inobasyon sa hinaharap.
Alamin ang Iba pang Cool na Quantum Computing Breakthroughs Dito.

Mga Sanggunian

^{1. Steinacker, P., Dumoulin Stuyck, N., Lim, W. H., Tanttu, T., Feng, M., Serrano, S., Nickl, A., Candido, M., Cifuentes, J. D., Vahapoglu, E., Bartee, S. K., Hudson, F. E., Chan, K. W., Kubicek, S., Jussot, J., Canvel, Y., Beyne, S., Shimura, Y., Loo, R., . . . Dzurak, A. S. (2025). Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity. Nature, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09531-9}