Michelle Simmons och hennes Australiensiska laget gör framsteg i att utveckla en sann superdator, fullfölja tanken att billiga kisel är nyckeln
Prof Michelle Simmons, från University of New South Wales, är bland de racing för att bygga världens första praktiska kvantdator.
Foto: Dan White/UNSW
@MelissaLDavey
Fredag 1 januari 2016 23.08 GMT
Senast ändrad fredagen den 1 januari 2016 23.46 GMT
Runt om i världen, det team av ingenjörer, fysiker, matematiker och ingenjörer använder alla typer av exotiska material i loppet för att bygga världens första praktiska kvantdator, klara av att hantera mängder data i en fråga om timmar som skulle ta dagens datorer miljontals år.
Cesium -, aluminium -, niob-titan bornitrid och diamant är bland de ämnen som används av forskare som försöker bestämma vilken kommer bästa tillåter partiklar att upprätthålla en ömtåliga kvanttillstånd av överlagring, där partiklar finns i flera, till synes motsägelsefullt stater på samma gång.
Men beslutet av forskare vid University of New South Wales (UNSW) i Australien för att använda billig och allmänt tillgänglig kisel, byggstenen i alla moderna elektroniska enheter, har lett till stora framsteg i sina försök att vinna det stora loppet.
Relaterat: kvantdatorer ett steg närmare verkligheten efter silicon kodning genombrott
Gruppens medlemmar anser att eftersom kisel är redan allmänt tillgängliga och används i enheter som bärbara datorer och mobiltelefoner kommer det att vara enklare att tillverka och exklusiva världens första fungerande kvantdator. Och deras tro i den har betalat ut utdelning.
Så banbrytande har sina upptäckter varit att i December, Telstra meddelade en i princip engagemang på $10 miljoner under de kommande fem åren till team vid university centre of excellence för kvantdatorer och kommunikationsteknik, och Commonwealth Bank of Australia har också förbundit $10m.
Prof Michelle Simmons är föreståndare för centrum och en internationellt känd quantum forskare. I slutet av 1990-talet, när hon var en forskarassistent i quantum electronics vid Cavendish Laboratory i BRITTISKA Cambridge University, Simmons läsa en teoretisk rapport av Dr Bruce Kane, som då var en quantum forskare på UNSW.
I papper, Kane lägga fram ett rent teoretiskt förslag till en skalbar quantum dator baserad på quantum atomer inbäddade i kisel.
Min lärare trodde att jag kunde göra vad jag ville, och det gjorde en stor skillnad
Michelle Simmons
“Det var något i utkanten av vad som var möjligt men jag visste att om du kunde göra det, skulle det vara riktigt givande,” Simmons säger.
“Förslaget förlitat sig på att bygga enskilda enda atom-enheter, men det fanns ingen teknik för att göra det. Han lade fram i uppsatsen två idéer om hur det kan göras, liknande tekniker som jag plockade upp i Cambridge. Och efter ett tag av att tänka på det, jag var som, ” Ja. Detta kan göras”. Jag kunde se det.”
I 1999, Simmons tillämpas att vara del av den forskningsgrupp UNSW bildades för att försöka bygga komponenter som beskrivs i Kane ‘ s papper. Hon har arbetat för att få Kane ‘ s vision av en kvantdator att livet sedan dess.
“Vi har varit ledande för de senaste fem åren i kisel,” Simmons säger. “Med de resultat som vi har varit publicera från 2010 och framåt, vi visar hur vi kan koda information i enkla atomer, hur kan vi bygga system på kisel, och hur vi kan styra dessa system på kisel.”
Relaterat: schrödingers mikrob: fysiker planerar att sätta levande organism på två ställen på en gång
I oktober, UNSW forskare under ledning av Professor Andrew Dzurak klartecken för ett stort hinder i att göra kisel-baserade kvantdatorer en verklighet genom att visa beräkningar mellan kisel quantum bitar, eller “qubits”, för första gången. Med andra ord, forskare gjort qubits prata med varandra, något som ingen forskare hade lyckats med tidigare.
För att uppnå detta, laget byggt upp en enhet som kallas en “quantum logik gate”, som gjorde att beräkningar ska utföras mellan två qubits. Tills dess, hade forskarna inte kunnat göra för att göra två quantum bitar prata med varandra för att skapa logiska grinden, en grundläggande byggsten som krävs för quantum computing med silicon. Detta beror på att en kvantdator använder sub-atomära partiklar, snarare än transistorer, som dess processing unit, vilket ger den dess extra effekt.
En månad senare ett team av forskare från centrum, denna gång ledd av Professor Andrea Morello, har visat att en kvantmekanisk version av dator-kod kan skrivas på en silicon mikrochip, och gjorde så med högsta nivå av noggrannhet registreras.
Genom att “snärja” de två qubits, en elektron och kärnan av en enda fosforatom visade forskarna att partiklarna förblev ansluten efter att de varit åtskilda så att åtgärder som utförs på en fortfarande påverkas av andra.
Denna sammanflätning innebar att forskare kan få tillgång till en quantum computing språk eller en kod som vida rikare än vanliga digitala koder som används i vanliga datorer. Dessa speciella koder är avgörande för att ge kvantdatorer sin makt.
När människor inte förväntar sig saker av dig, som gör att du vill bevisa dem fel
Michelle Simmons
“Nu, vi syftar till att bygga den första quantum integrerad krets, som vi siktar på år 2020,” Simmons säger.
“Utöver detta måste vi göra en korrigering av fel, så att om fel kommer i chip, du kan köra flera processer parallellt för att eliminera dessa fel – och att korrigering av fel kommer att ta ytterligare fem år eller så.
“Om vi kan styra quantum staterna och alla som på grundläggande nivå har nu bevisats. Den stora mördaren är, vid vilken punkt som gör att vi bygger en processor som är stor nog thats it är snabbare än en klassisk dator?
“Det innebär att gå bort från småskaliga modeller för integrerad behandling enheter och prototyper. Det är en utmaning, och som kan göras, vi räknar med att inom det närmaste decenniet.”
Simmons, som vann NSW vetenskapsman av år 2011 och Eureka-priset för sitt ledarskap i vetenskap tidigare i år, har arbetat hårt för att göra den svindlande värld av quantum computing mer tillgänglig för människor. Hon anser att vi behöver för att bli bekväm med tekniken så att när det blir kommersiellt gångbar, användarna är inte överväldigad av det.
Hon har dykt upp inför tusentals för att ge en TEDx föredrag förklarar sitt arbete, medan hon och hennes team har skapat förklarande videos i vilka de försöker sitt bästa för att skapa analogier för att förklara super power kvantdatorer besitter.
Hon drivs inte bara av en kärlek till sitt arbete och handledning upp-och-kommande forskare, säger hon, men med ett behov av att bevisa att andra människor fel.
“Jag tror att det går tillbaka till när jag var mycket ung, när min pappa spelade schack med min bror, säger hon. “Jag brukade titta på och ta de rör sig i, och en dag frågade jag min pappa för att leka med mig”, säger hon.
“Han var inte förväntar sig det, och han var avvisande av mig men till slut sa ja. Jag slog honom på det första spelet. När människor inte förväntar sig saker av dig, som gör att du vill bevisa att de har fel.”
Simmons var inspirerad att bedriva vetenskap tack vare en “fantastisk lärare i fysik” i high school som används för att be henne förklara några av de hårdare begrepp att resten av klassen. Då, Simmons ville bli astronaut.
“En dag min lärare tog mig till rektorns kontor, och när vi fått i det han tog upp telefonen och ringde ett nummer, och gick telefonen till mig. Han hade lyckats spåra en amerikansk astronaut och övertyga honom att prata med mig om vad jag behövde göra för att bli en.
Relaterat: quantum computing era är på väg… snabbt
“Min lärare trodde att jag kunde göra vad jag ville, och det gjorde en enorm skillnad. Jag har försökt spåra honom för att låta honom veta hur det går för mig, men har aldrig kunnat.”
Hennes arbete dessa dagar är obeveklig. Hennes egen forskning, i kombination med att läsa forskningsrapporter för att hålla sig à jour med quantum forskning som sker i hela världen, har hon att arbeta sex dagar i veckan.
Om kvantdatorer, de har potential att snabbt hitta information i ett omfattande dataset, och förändra spelet för områden som medicin, nationell säkerhet, och flygteknik.
“Detta arbete är tidskrävande,” Simmons säger. “Just nu arbetar jag varje söndag, och jag har tre små barn, så det är tufft på dem.
“Men om du är internationellt ledande, då du måste hålla upp med allt, och en enorm mängd tid går till det. Men jag tror att det är sant vad som helst i livet, om du älskar det, du vill göra det.”