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IonQ採用玻璃晶片以及新量子架構突破技術限制

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2021年9月1日

圖、IonQ採用玻璃晶片以及新量子架構突破技術限制

總部位於馬里蘭州的IonQ推出了一種新型晶片,旨在擴展其量子電腦技術類型。它的電腦是使用晶片附近的空間,以電磁阱離子(ions electromagnetically trapped)之量子態進行計算。以前其是使用矽晶片製程製造的,但是該公司現在已轉向蒸發玻璃阱技術(an evaporated glass trap technology)。這是在熔融石英玻璃中建構微米級特徵的方法,通常用於製造微流體晶片(microfluidic chip)。

之前,IonQ離子阱技術無法支持多鏈基於離子之量子位元的新量子架構。隨著IonQ採用玻璃晶片,使其可重構離子鏈將允許電腦擁有三位數為單位。

基本上,離子阱的目的是精確地移動離子、將其保持在環境中、以及避開量子運作等三方面。IonQ的團隊所建構的3D玻璃和金屬結構在這三個方面都比以前晶片做得更好。

在矽基晶片上電荷偏離電場可能會破壞離子微妙的量子態,從而降低量子運算的保真度。但蒸發玻璃設計隱藏了任何可以保持電荷的材料,使其效果變成一個更穩定的阱,進而運算效果更好。

另一個優點是可以塑造陷阱以避開量子運作。在離子阱電腦中,離子的量子態是通過用雷射照射來操縱。其必須在表面上放置大量雷射光束,因而玻璃晶片的形狀允許雷射穿透並尋址設備。

IonQ之前是在新墨西哥州的Sandia國家實驗室建造了矽離子阱。但是IonQ希望對蒸發玻璃離子阱技術有更多的控制,以加快迭代設計。畢竟,其稱蒸發玻璃離子阱是業界第一個可重構多核量子架構(reconfigurable multicore quantum architecture;RMQA)。

根據IonQ展示,阱(Trap)是將16個離子的四個獨立鏈保持在一條線上。每條鏈都可以藉由雷射操縱而移動到位,進而改變它們的量子態或糾纏離子組,使它們的量子態相互關聯。每條鏈本身就是一台量子電腦。將兩條鏈組合在一起即可形成一個核心,進而允許糾纏量子位元橫跨在鏈上,直到最終所有量子位元都可以鏈接起來,以執行大型複雜的量子運作。雖然現在還不是那麼完美,但是IonQ將持續努力克服難題。

未來下一個重大飛躍將來自IonQ正在開發光子互連,將一個晶片上的量子位元連接到另一個晶片上。其表示,一旦發生糾纏,距離就不再重要。無論是一個晶片上的多個鏈還是一個晶片到另一個晶片,都將像一台大型量子電腦一樣發生作用。(728字)


參考資料:
Glass Chip is Key to New Quantum Architecture. IEEE Spectrum, 2021/8/25
 

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