A marylandi székhelyű IonQ egy újfajta chipet mutatott be a skálázható kvantumszámítógép-technológia megteremtésére. A cég komputerei a chip melletti térben elektromágneses csapdába esett ionok kvantumállapotai alapján számolnak. A korábbi csapdákat szilícium chipgyártási eljárásokkal készítették, de a vállalat most áttért a párologtatott üvegcsapda-technológiára. A mikrofluidikai chipek gyártásához gyakran használt olvasztott szilícium-dioxid-üvegben mikrométeres méretarányban kell kialakítaniuk a megfelelő jellemzőket. A vállalat szerint a korábbi csapda-technológia nem tudta volna támogatni az IonQ új kvantumarchitektúráját, amely ionalapú qubitek többszörös láncolatán alapul. Az IonQ vezetői szerint az üvegchip rekonfigurálható ionláncai végső soron olyan számítógépeket tesznek majd lehetővé, amelyekben a qubitek száma három számjegyű lesz.
"Az ioncsapda célja az ionok precíz mozgatása, a környezetben való megtartása, és a kvantumművelet útjából való eltávolítása" - magyarázza Jason Amini, az IonQ párologtatott üvegcsapdával foglalkozó csapatát vezetője. Amini szerint a teamje által megépített 3D-s üveg- és fémszerkezet mindhárom funkcióra jobban képes, mint a korábbi chipek. A szilícium alapú chipen lévő töltésből származó kóbor elektromos mezők destabilizálhatják az ionok kényes kvantumállapotát, csökkentve a kvantumszámítás hűségét. A párologtatott üveg kialakítás azonban "elrejt minden olyan anyagot, amely töltést tarthat" - állítja. A hatás egy stabilabb csapda, amely jobban számol.
Amini szerint az új chipnél a csapdát úgy lehet alakítani hogyha kell nem "ne legyen útjában" a kvantumműveleteknek. Az ioncsapdás számítógépben az ionok kvantumállapotát úgy manipulálják, hogy lézerrel csapdázzák őket. "Rengeteg lézersugarat kell a felület fölé vinnünk. Az üvegchipet úgy alakították ki, hogy a lézerek átjussanak rajta, és megcélozhassák az eszközt" - mondta a szakember.
Az cég korábban szilíciumioncsapdákat építtetett az új-mexikói Sandia Nemzeti Laboratóriumban. Peter Chapman vezérigazgató szerint azonban a IonQ nagyobb kontrollt akart a technológia felett, és gyorsabb tervezési iterációt.
A párologtatott üvegioncsapdával az IonQ folytatta új kvantumszámítási sémájának bemutatását, amelyet Chapman az iparág első "rekonfigurálható többmagos kvantumarchitektúrájának", azaz RMQA-nak nevez. De ne felesleges túl sok párhuzamot keresni a programozható kaputáblák és a többmagos CPU-k között.
Az IonQ demonstrációjában ez a következőképpen működik. A csapda négy különálló, 16 ionból álló láncot tart egy sorban. Mindegyik láncot a lézerek által manipulálható pozícióba lehet helyezni, megváltoztatva kvantumállapotukat, vagy az ioncsoportok összefonódásával a kvantumállapotuk is összekapcsolódik. "Minden lánc önmagában is egy kvantumszámítógép" - mondta Chapman. Ezenkívül két lánc egy olyan magot alkothat, amely lehetővé teszi a qubitek összefonódását a láncok között (ez az újrakonfigurációs rész), míg végül az összes qubit összekapcsolható lesz, hogy nagy, összetett kvantumműveleteket hajtsanak végre.
Ez persze nem tökéletes. A technológia 16 ionból 12 qubitet állít elő - magyarázta Chapman. (A másik négy "hűtőion", amelyek az ionok szállítása során fellépő tökéletlenségeket korrigálják.) Az IonQ legújabb demonstrációja tehát 48 qubitet állít elő. De ez könnyen bővíthető a csapda meghosszabbításával. És mivel kvantumszámítástechnikáról van szó, egy kis bővítéssel nagy utat lehet megtenni, mivel minden egyes további qubittal lényegesen több képességet lehet hozzáadni.
"Az architektúra lehetővé teszi, hogy viszonylag könnyen több száz qubitre bővítsünk egyetlen chipen" - jelentette ki Chapman. A következő nagy ugrást az IonQ által kifejlesztett fotonikus összeköttetések jelentik majd, amelyekkel az egyik chipen lévő qubiteket összekapcsolják a másikon lévő qubitekkel. "Ha egyszer megtörténik az összefonódás, a távolság már nem számít. Akár több lánc van egy chipen, akár nem, akár egy chipről van szó, az egész úgy viselkedik, mintha egyetlen nagy kvantumszámítógép lenne" - fejtette ki a vezérigazgató.
