طوّر مهندسون معالجًا كوانتيًا من كيوبتات السيليكون يُدار بإلكترونيات عادية ويعمل بهدوء أكبر بألف مرة من سابقيه.
📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها.
يشبه الحاسوب الكوانتي أوركسترا حيث يجب على كل عازف أن يعزف دوره بإتقان، وإلا انهار اللحن. سابقًا، كانت إدارة الكيوبتات — "العازفين" الكوانتيين — تتطلب غرفة مليئة بالمعدات، وكل سلك إضافي كان يضيف ضوضاء. المهندسون في هذا العمل جمعوا رقاقة سيليكون مدمجة تحتوي على 18 كيوبتًا، ووضعوا الإلكترونيات المُتحكِّمة بجانبها مباشرة داخل ثلاجة بدرجة حرارة أبرد من الفضاء الخارجي.
الكيوبتات هنا هي مصائد صغيرة للإلكترونات محفورة في السيليكون. تتصرف الإلكترونات مثل القمم الدوّارة: يمكن أن يكون دورانها لأعلى أو لأسفل، وهاتان حالتان للكيوبت. بدلًا من تحريك كل إلكترون بإشارة منفصلة، استخدم المؤلفون ثلاثيات من الإلكترونات تتبادل فيما بينها. هذا الكيوبت "التبادلي" أسهل في التحكم ويعاني أقل من التداخل المغناطيسي. ونتيجة لذلك، زادت دقة العمليات الفردية عشرة أضعاف مقارنة بكيوبتات السيليكون السابقة.
للتحقق من موثوقية الرقاقة، شغّل العلماء رمزًا يكتشف الأخطاء ويصححها. يُسمى رمز التكرار بمسافة 5: خمسة كيوبتات تخزن بتًا واحدًا من المعلومات، وحتى لو اختلّ أحدها، فإن البقية تغطي الخلل.
النتيجة الرئيسية ليست مجرد رقم قياسي، بل طريق نحو الإنتاج الضخم. السيليكون هو نفس المادة التي تُصنع منها المعالجات العادية. وهذا يعني أن المصانع التي تطبع اليوم رقاقات الهواتف يمكنها طباعة الرقاقات الكوانتية أيضًا. والتحكم عبر إلكترونيات قياسية يعني أن الحاسوب الكوانتي لن يتطلب بنية تحتية غريبة. أخيرًا، أصبحت الأوركسترا تتسع في الجيب وتعزف بلا نشاز.
Commercially-relevant quantum computers will require large numbers of high-performing qubits that can be manufactured, integrated, and controlled at scale. Silicon exchange-only (EO) qubits are a strong candidate modality due to their control-signal simplicity and compatibility with advanced semiconductor manufacturing, but questions remain around the achievability of sufficiently low noise and a scalable control and wiring solution. Here we introduce a quantum processing unit composed of a custom-designed cryogenic CMOS controller, a novel high-density superconducting ribbon cable, and a low-noise EO qubit device. The quantum chip features a three-rail array of 54 exchange-coupled quantum dots, configurable to host up to 18 EO qubits. We integrate and use these components to demonstrate qubit performance for both single-qubit and entangling operations that advances the EO state of the art by an order of magnitude. We further validate this system by implementing a distance-5 repetition code and a quantum error detecting code then make detailed comparisons with simulations. Our approach facilitates a utility-scale quantum computer with manageable operational and capital requirements.
