Michelle Simmons og hendes University of NSW team gøre fremskridt i udvikling af et ægte supercomputer, forfølge den idé, at billige silicium er nøglen
Prof Michelle Simmons, fra University of New South Wales, er blandt dem, racing til at bygge verdens første praktiske quantum computer.
Foto: Dan Hvid/UNSW
@MelissaLDavey
Fredag den 1. januar 2016 23.08 GMT
Rundt omkring i verden, hold af ingeniører, fysikere, matematikere og ingeniører bruger alle former for eksotiske materialer i kapløbet om at bygge verdens første praktiske kvantecomputer, der kan behandle mængder af data i et spørgsmål om timer, der ville tage dagens computere millioner af år.
Cæsium -, aluminium -, niobium-titan-nitrid og diamant er blandt de stoffer, som bliver brugt af forskere, der forsøger at afgøre, hvilken vil bedst tillader partikler at opretholde en delikat quantum state of superposition, hvor partikler, der eksisterer på tværs af flere, tilsyneladende ulogisk stater på samme tid.
Men afgørelsen af forskere på the University of New South Wales (UNSW) til at bruge billige og bredt tilgængelige silicium, som er byggesten for alle moderne elektroniske enheder, har ført til betydelige fremskridt i deres forsøg på at vinde et stort race.
Relateret: Kvantecomputer et skridt nærmere virkeligheden efter silicon kodning gennembrud
Teamets medlemmer mener, at fordi silicium er allerede almindeligt tilgængelig og anvendes i enheder som laptops og mobiltelefoner vil det være lettere at fremstille og fornemme verdens første fungerende kvantecomputer. Og deres tro på, at det har udbetalt udbytte.
Der er så banebrydende, har deres opdagelser været, at i December, Telstra annonceret en i princippet engagement på $10m over de næste fem år til team ved university ‘ s center of excellence for quantum computation-og kommunikationsteknologi, og Commonwealth Bank of Australia også lovede $10m.
Prof Michelle Simmons er direktør for centre og et internationalt kendt quantum forsker. I slutningen af 1990’erne, da hun var en research fellow i quantum electronics på Cavendish Laboratory, UK ‘ s Cambridge University, Simmons læse en teoretisk afhandling af Dr. Bruce Kane, som var en quantum forsker på UNSW.
I papir, Kane fremsat et rent teoretisk forslag til en skalerbar quantum computer, der er baseret på quantum atomer, der er indlejret i silicium.
Min lærer mente, jeg kunne gøre, hvad jeg ønskede, og det gjorde en enorm forskel
Michelle Simmons
“Det var lidt på kanten af, hvad der var muligt, men jeg vidste, at hvis du kan gøre det, det ville være virkelig værd,” Simmons siger.
“Forslaget stolede på at opbygge individuelle enkelt atom enheder, men der var ingen teknologi til at gøre det. Han fremførte i avisen to ideer til, hvordan det kan gøres, svarende til teknikker, jeg har samlet op i Cambridge. Og efter et stykke tid med at tænke over det, jeg var; ‘Ja. Dette kan gøres’. Jeg kunne se det.”
I 1999, Simmons, der anvendes til at være en del af forskerholdet UNSW var at danne et forsøg på at bygge de komponenter, der er skitseret i Kane ‘ s papir. Hun har arbejdet på at bringe Kane ‘ s vision om en quantum computer til liv lige siden.
“Vi har været førende i de sidste fem år i silicon,” Simmons siger. “Med de resultater, vi har været udgivelse fra 2010 og fremefter, vi viser, hvordan vi kan indkode information i enkelt-atomer, hvordan vi kan opbygge systemer, der i silicium, og hvordan vi kan styre disse systemer i silicium.”
Relateret: Schrödingers mikrobe: fysikere plan om at sætte levende organisme i to steder på en gang
I oktober, UNSW forskere ledet af Professor Andrew Dzurak ryddet en stor forhindring i at lave silicium-baseret quantum computere til virkelighed ved at demonstrere beregninger mellem silicium kvante-bits, eller “qubits”, for første gang. Med andre ord, forskere gjort qubits tale med hinanden, noget, som ingen forsker, der havde formået før.
For at opnå dette, er holdet bygget en enhed, kendt som en “quantum logic gate”, der muliggjorde, at beregningerne skal udføres mellem to qubits. Indtil da, havde forskere ikke været i stand til at gøre for at gøre to kvante-bits tal til hinanden for at skabe den logik gate, en grundlæggende byggesten, der kræves for quantum computing ved hjælp af silicium. Dette skyldes, at en kvantecomputer bruger sub-atomare partikler, snarere end transistorer, som dets behandling enhed, der giver den dens ekstraordinære magt.
En måned senere et andet hold forskere fra centrum, denne gang ledet af Prof Andrea Morello, viste, at en kvante-versionen af computer kode, der kunne være skrevet på en silicium mikrochip, og gjorde det med den højeste grad af nøjagtighed, der registreres.
Ved “besnærende” de to qubits, en elektron og kernen af et enkelt phosphoratom, forskerne viste, at partiklerne sluttet, efter at de var blevet adskilt, således at handlinger, der udføres på en stadig påvirket andre.
Dette indvikling betød, at forskere kan få adgang til en quantum computing sprog eller en kode, langt rigere end standard digitale koder, der anvendes i normale computere. Disse specielle koder, der er vigtige for at give quantum computere deres magt.
Når folk ikke forvente ting af dig, der gør du ønsker at bevise dem forkert
Michelle Simmons
“Nu, vi sigter til at bygge den første quantum integrerede kredsløb, som vi sigter efter i 2020,” Simmons siger.
“Ud over, at vi skal gøre korrektion af fejl, så hvis fejl kommer ind i den chip, du kan køre flere processer parallelt, til at fjerne disse fejl, og at fejl korrektion vil det tage yderligere fem år eller så.
“Om vi kan styre quantum stater, og alle, der på det grundlæggende plan er nu blevet bevist. Den store dræber er, på hvilket tidspunkt kan vi opbygge en processor, der er store nok thats det er hurtigere end en klassisk computer?
“Det betyder, at man bevæger sig væk fra små modeller til integreret behandling enheder og prototyper. Det er den udfordring, og der kan gøres, og vi forventer inden for de næste ti år.”
Simmons, der vandt MIDTJYLLAND videnskabsmand af året i 2011 og Eureka-prisen for ledelse i videnskab tidligere i år, har arbejdet hårdt for at gøre den svimlende verden af quantum computing mere tilgængelig for folk. Hun mener, vi er nødt til at blive fortrolig med den teknologi, således at, når det bliver kommercielt muligt, brugerne er ikke overvældet af den.
Hun har optrådt før tusindvis til at give et TEDx snak, der forklarer hendes arbejde, mens hun og hendes team har skabt forklarende videoer, hvor de forsøger deres bedste til at skabe analogier til at forklare, super power-kvante-computere, der er i besiddelse af.
Hun er drevet ikke kun af kærlighed til sit arbejde og en mentorordning up-and-coming forskere, siger hun, men ved en trang til at bevise, at andre mennesker er forkert.
“Jeg synes, det går tilbage til, da jeg var meget ung, da min far spillede skak med min bror,” siger hun. “Jeg plejede at se og tage de bevæger sig i, og en dag spurgte jeg min far til at lege med mig,” siger hun.
“Han var ikke ventet, og han var afvisende over for mig, men til sidst sagde ja. Jeg slog ham på det første spil. Når folk ikke forvente ting af dig, der gør du ønsker at bevise dem forkert.”
Simmons blev inspireret til at forfølge videnskab tak til en “fantastisk fysik lærer” i high school, der anvendes til at bede hende om at forklare nogle af de hårdere begreber til resten af klassen. Dengang, Simmons ønskede at være en astronaut.
“En dag min lærer tog mig til rektor kontor, og når vi fik der, at han tog telefonen, ringede til et nummer, og overførte til mig. Han havde formået at opspore en amerikansk astronaut og overbevise ham om at tale med mig om, hvad jeg skulle gøre for at blive en.
Relateret: quantum computing æraen kommer hurtigt…
“Min lærer mente, jeg kunne gøre, hvad jeg ønskede, og det gjorde en enorm forskel. Jeg har forsøgt at opspore ham for at lade ham vide, hvordan det går for mig, men har aldrig været i stand til.”
Hendes arbejde i disse dage er ubarmhjertig. Hendes egen forskning, kombineret med at læse videnskabelige artikler til at holde sig ajour med quantum forskning, der sker i hele verden, har hendes arbejde seks dage om ugen.
Hvis quantum computere bliver en realitet, de har potentiale til hurtigt at finde oplysninger i en massiv datasæt, og være spil-ændre for områder som medicin, national sikkerhed, og rumfart.
“Dette arbejde er meget tidskrævende,” Simmons siger. “I øjeblikket arbejder jeg hver søndag, og jeg har tre børn, så det er svært for dem.
“Men hvis du er internationalt førende, så er du nødt til at holde op med alt, og en enorm mængde af tid, der går ind i det. Men jeg tror, det er rigtigt af noget i livet, og hvis du elsker det, vil du ønsker at gøre det.”