การล้างเส้นทางสำหรับแสงควอนตัม

การล้างเส้นทางสำหรับแสงควอนตัม

jumbo jili

ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ขนาดเล็กที่เป็นรากฐานของการคำนวณสมัยใหม่ หลายพันล้านตัวส่งสัญญาณไฟฟ้าไปรอบ ๆ ภายในสมาร์ทโฟนเป็นต้น
คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่คล้ายคลึงกันเพื่อจัดการกับข้อมูลควอนตัม แต่ข้อจำกัดในการออกแบบสำหรับเทคโนโลยีใหม่นี้มีความเข้มงวด และโปรเซสเซอร์ที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบันนี้ไม่สามารถนำไปใช้ใหม่เป็นอุปกรณ์ควอนตัมได้ นั่นเป็นเพราะผู้ให้บริการข้อมูลควอนตัมซึ่งเรียกว่า qubits ต้องปฏิบัติตามกฎต่างๆ ที่กำหนดโดยฟิสิกส์ควอนตัม

สล็อต

นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้อนุภาคควอนตัมหลายชนิดเป็น qubits แม้กระทั่งโฟตอนที่ประกอบเป็นแสง โฟตอนเพิ่มความน่าดึงดูดเพราะสามารถส่งข้อมูลได้อย่างรวดเร็วในระยะทางไกล และเข้ากันได้กับชิปประดิษฐ์ อย่างไรก็ตาม การสร้างทรานซิสเตอร์ควอนตัมที่ถูกกระตุ้นโดยแสงนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทายเพราะต้องการให้โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ซึ่งเป็นสิ่งที่ปกติแล้วจะไม่เกิดขึ้นเอง
ตอนนี้นักวิจัยจากโรงเรียนวิศวกรรม A. James Clark และ สถาบันควอนตัมร่วมของมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ (JQI) ซึ่งนำโดยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ JQI Fellow และสถาบันวิจัยด้านอิเล็กทรอนิกส์และฟิสิกส์ประยุกต์ Edo Waks ได้เคลียร์ อุปสรรค์นี้และแสดงให้เห็นทรานซิสเตอร์แบบโฟตอนเดียวตัวแรกโดยใช้ชิปเซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์ที่อธิบายไว้ในScienceฉบับวันที่ 6 กรกฎาคม มีขนาดกะทัดรัด ทรานซิสเตอร์ใหม่เหล่านี้ประมาณหนึ่งล้านตัวสามารถใส่ในเกลือเม็ดเดียวได้ นอกจากนี้ยังรวดเร็วและสามารถประมวลผลโฟโตนิกคิวบิตได้ 10 พันล้านคิวบิตทุกวินาที
“การใช้ทรานซิสเตอร์ของเรา เราควรจะทำประตูควอนตัมระหว่างโฟตอนได้” Waks กล่าว “ซอฟต์แวร์ที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะใช้ชุดของการดำเนินการดังกล่าวเพื่อเพิ่มความเร็วแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลสำหรับปัญหาการคำนวณบางอย่าง”
ชิปโฟโตนิกทำมาจากเซมิคอนดักเตอร์ที่มีรูจำนวนมาก ทำให้ดูเหมือนรวงผึ้ง แสงที่เข้าสู่เศษจะกระเด้งไปรอบๆ และเข้าไปติดกับรูปแบบรู คริสตัลขนาดเล็กที่เรียกว่าจุดควอนตัมตั้งอยู่ภายในบริเวณที่มีความเข้มแสงมากที่สุด คล้ายกับหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ทั่วไป จุดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโฟตอนเมื่อเข้าสู่อุปกรณ์ จุดสามารถเจาะเข้าไปในหน่วยความจำนั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อไกล่เกลี่ยปฏิสัมพันธ์ของโฟตอน ซึ่งหมายความว่าการกระทำของโฟตอนหนึ่งส่งผลต่อส่วนอื่นๆ ที่มาถึงชิปในภายหลัง
“ในทรานซิสเตอร์แบบโฟตอนเดียว หน่วยความจำควอนตัมดอทต้องคงอยู่นานพอที่จะโต้ตอบกับโฟโตนิก qubit แต่ละตัว” Shuo Sun หัวหน้าผู้เขียนงานใหม่และนักวิจัยหลังปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ UMD กล่าว ของการวิจัย “สิ่งนี้ช่วยให้โฟตอนเดียวสามารถเปลี่ยนกระแสโฟตอนที่ใหญ่ขึ้นได้ ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์ของเราที่จะต้องพิจารณาว่าเป็นทรานซิสเตอร์”
เพื่อทดสอบว่าชิปทำงานเหมือนทรานซิสเตอร์ นักวิจัยได้ตรวจสอบว่าอุปกรณ์ตอบสนองต่อพัลส์แสงที่อ่อนแอซึ่งมักจะมีโฟตอนเพียงตัวเดียวอย่างไร ในสภาพแวดล้อมปกติ แสงสลัวๆ นั้นแทบจะไม่สามารถบันทึกได้ อย่างไรก็ตาม ในอุปกรณ์นี้ โฟตอนตัวเดียวจะติดอยู่เป็นเวลานาน โดยแสดงสถานะไว้ที่จุดใกล้เคียง
ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าโฟตอนตัวเดียวสามารถควบคุมการส่งผ่านของพัลส์แสงที่สองผ่านอุปกรณ์ได้โดยการโต้ตอบกับจุด ชีพจรของแสงแรกทำหน้าที่เหมือนกุญแจ โดยเปิดประตูให้โฟตอนที่สองเข้าสู่ชิป ถ้าพัลส์แรกไม่มีโฟตอน จุดนั้นก็จะปิดกั้นโฟตอนที่ตามมาไม่ให้ผ่านเข้าไป ลักษณะการทำงานนี้คล้ายกับทรานซิสเตอร์ทั่วไปที่แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กควบคุมกระแสผ่านขั้วของมัน ที่นี่ นักวิจัยประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าด้วยโฟตอนเพียงตัวเดียว และแสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์ควอนตัมของพวกมันสามารถเปลี่ยนพัลส์แสงที่มีโฟตอนประมาณ 30 โฟตอน ก่อนที่หน่วยความจำของจุดควอนตัมจะหมด
Waks กล่าวว่าทีมของเขาต้องทดสอบประสิทธิภาพด้านต่างๆ ของอุปกรณ์ก่อนที่จะให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน “จนถึงตอนนี้ เรามีส่วนประกอบแต่ละอย่างที่จำเป็นในการสร้างโฟตอนทรานซิสเตอร์ตัวเดียว แต่ที่นี่เรารวมขั้นตอนทั้งหมดไว้ในชิปตัวเดียว” เขากล่าว
ซันกล่าวว่าด้วยการปรับปรุงทางวิศวกรรมที่สมจริง วิธีการของพวกเขาสามารถช่วยให้ทรานซิสเตอร์ควอนตัมจำนวนมากสามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันได้ ทีมงานหวังว่าในที่สุดอุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออย่างรวดเร็วและรวดเร็วดังกล่าวจะนำไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดกะทัดรัดที่ประมวลผลโฟโตนิกคิวบิตจำนวนมาก
เคล็ดลับอีกประการหนึ่งคือ qubits สามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันในลักษณะที่ไม่มีคู่กันใน macroworld ที่เราพบ การเชื่อมโยงนี้เรียกว่าการพัวพันเป็นหนึ่งในข้อโต้แย้งหลักเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมเมื่อนำมาใช้ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ตามทฤษฎีแล้ว อนุภาคสองอนุภาคสามารถเชื่อมโยงกันได้ ดังนั้นหากคุณรบกวนหรือวัดค่าหนึ่ง สถานะควอนตัมของอีกอนุภาคหนึ่งจะเปลี่ยนแปลงทันที ตัวอย่างเช่น คุณสามารถพันสองไอออนเพื่อให้สถานะการหมุนของพวกมันจะอยู่ตรงข้ามกันเสมอ หากคุณวัดสถานะของอันแรกเป็น 1 อันที่สองจะกลายเป็น a0 ทันที การพัวพันเป็นกุญแจสำคัญในการรันโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมจำนวนมาก เนื่องจากช่วยให้การดำเนินการที่ดำเนินการบน qubit หนึ่งดำเนินการพร้อมกันกับโปรแกรมอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องทั้งหมดได้
เพื่อให้เข้าใจว่าสิ่งพัวพันและองค์ประกอบควอนตัมอื่นๆ ทำงานอย่างไรในคอมพิวเตอร์กับดักไอออน คุณต้องเข้าใจว่ากับดักไอออนทำงานอย่างไร กับดัก Paul แบบเส้นตรง ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ได้รับรางวัลโนเบลของ Wolfgang Paul เป็นห้องสุญญากาศที่มีขั้วไฟฟ้ายาวสี่ตัวที่จัดเรียงเพื่อให้สร้างขอบด้านยาวของกล่องสี่เหลี่ยม บนอิเล็กโทรดสองขั้วตรงข้ามกันในแนวทแยง เป็นแรงดันไฟฟ้าที่สั่นที่ความถี่วิทยุ อีกสองตัวคือแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง การรวมกันของสนามไฟฟ้าที่เล็ดลอดออกมาจากอิเล็กโทรดมีแนวโน้มที่จะบังคับไอออนไปยังเส้นกึ่งกลางที่เท่ากันจากอิเล็กโทรดทั้งสี่
นี่คือเหตุผล พิจารณาสักครู่เฉพาะขั้วไฟฟ้า RF ในช่วงเวลาใด ๆ แรงบนไอออนระหว่างพวกมันจะเหมือนกับแรงโน้มถ่วงบนลูกบอลที่วางอยู่บนพื้นผิวรูปทรงอานม้า กับดักของอานม้าในมิติเดียว—ลูกจะไม่หมุนไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งขึ้นเนิน และป้องกันการดักจับที่อีกด้านหนึ่ง—หากเคลื่อนที่ ลูกบอลจะกลิ้งลงและออกจากอาน แต่เนื่องจากสนามไฟฟ้าจากอิเล็กโทรด RF มักจะแกว่งไปมา ราวกับว่าอานกำลังหมุนอยู่ใต้ลูกบอล ไอออนที่อยู่นอกเส้นศูนย์กลางเล็กน้อยจะพบว่าตัวเองอยู่บนทางลาดขึ้นเนินซึ่งถูกผลักกลับเข้าไปในเส้นครึ่งวงกลมและบนทางลาดลงเนินที่ตกลงมาด้านนอกสำหรับอีกครึ่งหนึ่ง อย่างไรก็ตาม สัญญาณ RF ได้รับการออกแบบเพื่อให้แรงภายนอกอ่อนกว่าแรงภายในเมื่อไอออนอยู่ใกล้กับศูนย์กลาง โดยเฉลี่ยแล้วแรงที่ไอออนสัมผัสได้จะเคลื่อนที่เข้าหาเส้นศูนย์กลาง อิเล็กโทรดอื่นๆ ของกับดัก ซึ่งเป็นอิเล็กโทรดที่มีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ป้องกันไม่ให้ไอออนเดินไปตามเส้นกึ่งกลางโดยการกดจากทั้งสองด้าน
ผลลัพธ์ของการดักจับคือสตริงของไอออนตามแนวกึ่งกลางของกับดัก และเนื่องจากพวกมันทั้งหมดมีประจุเท่ากัน พวกมันจึงผลักกัน ลองนึกภาพไอออนเป็นลูกบอลที่ห้อยอยู่บนเชือกและยึดติดกันด้วยสปริง ไอออนสามารถถูกแช่แข็งได้โดยการจับที่จุดตัดของเลเซอร์สามตัว หรือพวกมันสามารถเลื่อนไปมาตามแนวเส้นหรือสั่นเข้าหากัน การเคลื่อนที่แบบรวมของไอออนเรียกว่าสถานะการสั่น ซึ่งทำหน้าที่เหมือนบัสข้อมูล เริ่มต้นจากการหยุดนิ่งโดยใช้ลำดับของเลเซอร์ที่ปรับแต่งมาเป็นพิเศษ ข้อมูลหนึ่ง qubit สามารถจับคู่กับสถานะการสั่นที่ใช้ร่วมกันได้ จากนั้นสถานะการสั่นจะสามารถเปลี่ยน qubit ที่สองได้ เทคนิคการทำแผนที่นั้นเป็นกุญแจสำคัญในการดำเนินการที่ประกอบเป็นอัลกอริธึมควอนตัม
ภายในปี 2546กับดักไอออนได้พิสูจน์แล้วว่าสามารถทำหน้าที่พื้นฐานทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการคำนวณควอนตัมได้ แต่พวกเขาสามารถจัดการ qubits ให้เพียงพอเพื่อทำสิ่งที่มีประโยชน์ได้หรือไม่? [ดูแถบด้านข้าง “ 5 สิ่งที่ทุกความต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัม ”] ถึงเวลาพิสูจน์แล้วว่าคอมพิวเตอร์ดักไอออนสามารถขยายขนาดได้ และนั่นหมายถึงการย่อขนาดลง

สล็อตออนไลน์

ขั้นตอนตามธรรมชาติคือการเปลี่ยนไปใช้โฟโตลิโทกราฟีและวิธีการอื่นๆ ในการทำไมโครชิป แต่เรารู้ว่ามันจะไม่ง่าย กับดักมีความต้องการที่ค่อนข้างแปลกใหม่เมื่อเทียบกับชิปลอจิกแบบต่างๆในสวนของคุณ ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้า RF ซึ่งสั่นที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 15 ถึง 200 เมกะเฮิรตซ์ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 50 ถึง 300 โวลต์ เปรียบเทียบกับสัญญาณ 1.5-V ภายในไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัย การทำชิปด้วยฉนวนที่แข็งแรงพอที่จะทนต่อความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างมากนั้นเป็นเรื่องยาก เช่นเดียวกับการระบายความร้อนที่ขั้วไฟฟ้า RF สร้างขึ้น เราทอดส่วนแบ่งของชิปเพื่อให้ได้ช็อตที่ดีที่สุด
การออกแบบกับดักแบ่งออกเป็นสองประเภททั่วไป: สมมาตรและไม่สมมาตร สำหรับกับดักแบบสมมาตร อิเล็กโทรด dc และ RF จะถูกจัดเรียงเพื่อให้ผลรวมของสนามไฟฟ้ากระแสตรงเป็น 0 ที่จุดกึ่งกลางระหว่างอิเล็กโทรด RF ชิปของเรามีความสมมาตร และแกะสลักจากแผ่นเวเฟอร์ของแกลเลียมอาร์เซไนด์ ด้วยการใช้โฟโตลิโทกราฟีและเทคนิคการแกะสลักแบบมาตรฐานหลายประเภท เราสร้างกับดักแบบแบ่งส่วนโดยที่ไอออนเรียงตัวกันเป็นรูสี่เหลี่ยมแคบๆ ที่มีความกว้างประมาณ 60 ไมโครเมตร และยาวมากกว่า 1 มิลลิเมตรที่ยาวไปจนถึงด้านหลังของชิป สี่ส่วนของกับดักแต่ละส่วนมีสี่อิเล็กโทรดที่ดูเหมือนแผงดำน้ำด้วยกล้องจุลทรรศน์ สองอันในแต่ละด้าน จัดเรียงหนึ่งอันบนอีกด้านหนึ่ง เพื่อสร้างอิเล็กโทรดสี่อิเล็กโทรดที่คุ้นเคยของกับดักพอล เซ็กเมนต์ช่วยให้เราสามารถผลักไอออนจากด้านหนึ่งของกับดักไปยังอีกด้านหนึ่ง หรือแม้แต่ผลักพวกมันออกจากกับดักเพียงแค่จัดการกับแรงดันไฟตรง เช่น ใช้แรงดันลบเพื่อดึงไอออนบวกจากเซกเมนต์ที่อยู่ใกล้เคียงเข้ามา กลุ่มที่ห้องปฏิบัติการอื่นๆ เช่น Sandia National Laboratories ใน Albuquerque ได้สร้างกับดักแบบสมมาตรขนาดเล็กที่สร้างขึ้นโดยใช้หลักการเดียวกัน
เนื่องจากกับดักสมมาตรถูกสร้างขึ้นบนเศษเสี้ยวบางของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่บางอยู่แล้ว ความหนาของฉนวนระหว่างอิเล็กโทรดจึงมีจำกัด ซึ่งจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่คุณสามารถใช้กับพวกมันได้ อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดนี้อาจไม่ใช่พื้นฐาน ความพยายามในการผลิตกับดักไอออนของยุโรปมีแผนสำหรับกับดักเซมิคอนดักเตอร์ที่มีชั้นฉนวนหนา
รูปทรงอื่นๆ ของรูปทรงกับดักไอออนคือกับดักแบบอสมมาตร ซึ่งโหนด RF ไม่ได้ตั้งอยู่อย่างสมมาตรเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรด ไอออนจะลอยอยู่เหนือพื้นผิวของเศษ ออกจากระนาบของเซมิคอนดักเตอร์ โดยผ่านรูของกับดักแบบสมมาตรและอิเล็กโทรดแบบคานยื่น กลุ่มของ Wineland ที่ NIST ได้สร้างกับดักดังกล่าวแล้วโดยใช้อิเล็กโทรดสีทองที่มีลวดลายบนพื้นผิวของแซฟไฟร์ และอีกอันหนึ่งที่สร้างขึ้นที่ Bell Labs ของ Alcatel-Lucent ใช้อลูมิเนียมสำหรับอิเล็กโทรดนำไฟฟ้าและซิลิกอนออกไซด์เป็นฉนวน การหาแรงดันไฟฟ้าที่จะทำให้ไอออนนิ่งและลอยอยู่เหนือชิปนั้นซับซ้อน เมื่อเทียบกับสิ่งที่จำเป็นในกับดักแบบสมมาตร การทำเลเซอร์บนไอออนก็ยากขึ้นเล็กน้อยเช่นกัน พวกเขาจะต้องยิงข้ามพื้นผิวของเศษหรือผ่านรูที่สลักไว้เฉพาะบางพื้นที่ของกับดัก การนำลำแสงเลเซอร์ไปบนพื้นผิวสามารถกระจายแสงได้ ซึ่งทำให้การอ่านสถานะของไอออนทำได้ยากขึ้น แต่หากไม่มีร่องลึกจำนวนมากตัดผ่านชิป เช่นเดียวกับกับดักแบบสมมาตร การวางชุดกับดักที่เชื่อมต่อถึงกันจะง่ายกว่า กับดักแบบอสมมาตรก็น่าดึงดูดเช่นกัน เนื่องจากการก่อสร้างนั้นต้องการการแกะสลักสามมิติน้อยกว่า ทำให้กระบวนการนี้เหมือนกับการผลิตเศษแบบดั้งเดิม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแบบสองมิติ

jumboslot

ไม่ว่ากับดักจะเป็นประเภทใด การทำให้เป็นสเกลของเศษหมายถึงการควบคุมการเคลื่อนที่ของไอออน ซึ่งมีความสำคัญต่อการคำนวณหลายอย่างนั้นยากยิ่งกว่า สนามไฟฟ้าผิดปกติปรากฏบนอิเล็กโทรดที่ทำให้ไอออนสั่นสะเทือนและร้อนขึ้น สร้างความหายนะให้กับการคำนวณของเรา เสียงรบกวนที่ทับซ้อนความถี่การสั่นสะเทือนของไอออนในกับดัก – ประมาณ 1MHz – เป็นตัวการสำคัญ แต่ไอออนในกับดักเศษจะมีเสียงรบกวนมากกว่าที่เราคาดไว้ แหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนนี้เรียกว่า “สัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นได้” สำหรับแพทช์ของแรงดันไฟฟ้าที่ดูเหมือนจะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ อิเล็กโทรดยังคงเป็นปริศนา นักวิจัยกำลังพยายามระบุสาเหตุและหวังว่าจะกำจัดมัน ตัวอย่างเช่น สามารถระงับสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างมากโดยการลดอุณหภูมิของอิเล็กโทรด ในการทดลองหนึ่ง การลดอุณหภูมิลงครึ่งหนึ่งจากอุณหภูมิห้องเป็น 150 K จะตัดเสียงรบกวนที่ไอออนตามลำดับความสำคัญ การทดลองอื่นๆ แสดงให้เห็นว่ายิ่งไอออนอยู่ห่างจากอิเล็กโทรดมากเท่าไร เสียงรบกวนก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นการสร้างกับดักที่ใหญ่ขึ้นอาจช่วยให้สิ่งต่างๆ เย็นลงได้ นักวิจัยยังต้องการระบุวัสดุและเทคนิคการเตรียมพื้นผิวที่จำกัดเสียงรบกวน หรือ—ดีกว่านั้น—อย่าสร้างสิ่งใดเลย
ในบางวิธีคอมพิวเตอร์ควอนตัมเต็มรูปแบบจะทำงานเหมือนกับคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปมาตรฐาน โดยจะมีที่สำหรับเก็บข้อมูล สถานที่ที่โปรแกรมจัดการข้อมูล และการเชื่อมต่อระหว่างกันเพื่อย้ายข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในคอมพิวเตอร์ที่คุณกำลังใช้งานอยู่ บิตของข้อมูลที่จัดเก็บเป็นปริมาณประจุหรือไม่มีข้อมูล จะถูกถ่ายโอนจากหน่วยความจำไปยังโปรเซสเซอร์ในรูปแบบของระดับแรงดันไฟฟ้า ที่ตัวประมวลผล โปรแกรมของคอมพิวเตอร์จะกำหนดว่าการดำเนินการทางตรรกะใดที่บิตจะต้องได้รับ เมื่อการดำเนินการลอจิกเสร็จสิ้น บิตจะถูกแปลงเป็นจำนวนประจุและเก็บไว้ในหน่วยความจำอีกครั้ง
ในทำนองเดียวกัน ในคอมพิวเตอร์กับดักไอออน qubits ที่เก็บไว้จะถูกเรียกจากกับดักที่เก็บข้อมูลไปยังกับดักลอจิก ชนิดที่เราสร้างขึ้นมาจนถึงตอนนี้ กับดักทั้งสองจะเชื่อมต่อกันด้วยกับดักยาวที่ทำหน้าที่เหมือนการเชื่อมต่อถึงกันหรือบัสข้อมูล ในความเป็นจริง มีความแตกต่างทางโครงสร้างเล็กน้อยระหว่างพื้นที่หน่วยความจำ ตรรกะ และส่วนที่เชื่อมต่อถึงกัน ดังนั้นโดยการสร้างอย่างใดอย่างหนึ่ง เราได้สร้างมันขึ้นมาทั้งหมดแล้ว
Qubits ที่ออกจากกับดักการจัดเก็บจะถูกเคลื่อนย้ายไปตามเส้นกึ่งกลางของกับดักที่เชื่อมต่อระหว่างกันโดยการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามไฟฟ้ากระแสตรงที่ยึดไอออนไว้กับที่ — เสริมความแข็งแกร่งให้กับสนามที่อยู่ข้างหน้าของไอออนและทำให้สนามด้านหลังอ่อนลง ดังนั้นจึงดึงไปตามนั้น เมื่อคิวบิตอยู่ในกับดักลอจิก โปรแกรม—ชุดของพัลส์เลเซอร์ที่หมุน, พัลส์, และจัดการ qubits อย่างอื่น—จะทำงาน คำตอบสำหรับการคำนวณนั้นสามารถอ่านออกได้ หรือ qubits สามารถส่งไปยังการเชื่อมต่อถึงกันอื่นและนำกลับไปที่ขอบเขตตรรกะในภายหลังเพื่อดำเนินการคำนวณกับ qubits อื่นต่อไป เนื่องจากไอออนไม่สามารถผ่านกันในการเชื่อมต่อระหว่างกัน
ฟังดูง่าย แต่โครงสร้างดังกล่าวจะต้องทำซ้ำและเชื่อมต่อหลายสิบครั้งบนชิปตัวเดียวกันเพื่อจัดการกับจำนวนไอออนที่เราต้องการ สมมติว่าเราต้องการ 100 qubits เพื่อดำเนินการอัลกอริธึมเฉพาะ และแต่ละ qubit ถูกเข้ารหัสด้วย 50 ไอออนพิเศษสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาด อาร์เรย์ 5000-ion นี้จะต้องใช้อิเล็กโทรด dc ที่ควบคุมทีละ 50,000 ตัวและสายผู้ดูแล ดังนั้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เทียบเท่ากับการรวมขนาดใหญ่มากจะต้องจัดการกับวงจรควบคุมเพียงเพื่อย้ายไอออนไปรอบ ๆ
ไอออนห้าพันตัวต้องการเลเซอร์หลายสิบตัวสำหรับการทำความเย็น การตรวจจับ และการทำงานของเกต พวกเขาทั้งหมดจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำโดยประสานงานกับการเคลื่อนที่ของไอออนในกับดัก ซึ่งถูกกำหนดโดยอิเล็กโทรด 50,000 dc เลเซอร์จะต้องถูกจัดตำแหน่งบนไอออนและรักษาตำแหน่งนั้นตลอดช่วงการคำนวณ ซึ่งเป็นงานที่ตรงไปตรงมาสำหรับการทดลองเล็กๆ แต่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยสำหรับอาร์เรย์ของ 5000 ไอออนที่ไม่มีกระจกที่ควบคุมด้วยมอเตอร์ควบคุมการป้อนกลับ

slot

การพิจารณาดังกล่าวนำไปสู่การประชดประชันอย่างยิ่ง คุณต้องมีโครงสร้างพื้นฐานจำนวนมาก รวมถึงคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ทรงพลัง เพื่อใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์ แต่มีความหวัง อัลกอริธึมควอนตัมขนาดเล็กที่นักวิทยาศาสตร์กำลังดำเนินการอยู่ในปัจจุบันและวางแผนที่จะดำเนินการในอนาคตอันใกล้จะนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกที่สามารถสร้างการคำนวณควอนตัมแบบเต็มรูปแบบได้ หากไม่ง่าย อย่างน้อยก็เข้าถึงได้ง่ายขึ้น

This entry was posted in Slot and tagged , , , , , , . Bookmark the permalink.