Ny chiparkitektur giver håb om at opskalere superledende qubit-arrays – Physics World

Forskere i USA har introduceret en genial ny kvantechip-arkitektur, der væsentligt reducerer forstyrrelser forårsaget af de signaler, der bruges til at styre superledende kvantebit-kredsløb (qubit). Ledet af Chuan Hong Liu , Robert McDermott fra University of Wisconsin, den hold viste, at det nye multichip-modul (MCM) reducerer gatefejl med næsten en faktor 10 sammenlignet med tidligere designs, der brugte det samme kontrolsystem, hvilket gør det til en levedygtig konkurrent til standardteknologier.

Af de mange fysiske systemer, forskere udforsker som potentielle "byggesten" for en skalerbar kvantecomputer, skiller den superledende qubit sig ud på grund af dens høje kohærenstid (et mål for, hvor længe det forbliver i en kvantetilstand) og troskab (et mål for hvor fejlfri dens operationer er). Men lige så kraftfuldt som superledende kvantecomputere kan være, vil det kræve mere end 1 million fysiske qubits at låse op for dets fulde potentiale. Dette udgør en udfordring, da det superledende qubit-system kræver voluminøse kryogene kølere og sofistikeret mikrobølgekontrolapparat for at fungere.

En måde at forenkle dette kontrolapparat på ville være at styre qubits ved hjælp af de mindste magnetfeltenheder - fluxkvanter - i stedet for mikrobølger. Kvanteporte baseret på denne single flux quantum (SFQ) digitale logikteknologi, som den er kendt, bruger en sekvens af kvantiserede fluximpulser med en inter-puls timing, der er præcist kalibreret til qubittens oscillationsperiode. Denne metode er energieffektiv, kompakt og i stand til højhastighedsoperationer, hvilket gør den til en ideel kandidat til integration i multiqubit-kredsløb.

Et giftigt problem

Problemet er, at SFQ-kredsløbet skal placeres tæt på qubits, hvilket uundgåeligt fører til et fænomen kaldet kvasipartikelforgiftning under pulsgenerering. Denne kvasipartikelforgiftning inducerer uønskede afslapninger, excitationer og forstyrrelser i det superledende kredsløb, hvilket formindsker qubittens levetid.

For at omgå denne udfordring adopterede Liu og kolleger MCM-arkitekturen. I denne opsætning ligger SFQ-driveren og qubit-kredsløbene på separate chips. Disse chips er stablet oven på hinanden med et mellemrum på 6.4 mikrometer imellem og er bundet sammen ved hjælp af indbyrdes forbindelser kendt som In-bumps. Den fysiske adskillelse mellem de to chips giver flere fordele. Det fungerer hovedsageligt som en barriere, der forhindrer kvasipartikler i at spredes direkte fra SFQ-driveren til qubitten. Derudover forhindrer det en anden kilde til forstyrrelser - fononer, som er atomære eller molekylære vibrationer - i at rejse gennem materialet, da In-bump-bindingerne tilbyder en slags modstand mod deres udbredelse. Takket være denne modstand bliver disse vibrationer effektivt spredt og forhindret i at nå qubit-chippen.

Forbedring af størrelsesorden

I indledende forsøg med SFQ digital logik ved brug af et on-chip design var den gennemsnitlige qubit gate fejl 9.1 %. Takket være MCM sænkede Liu og McDermotts team dette til 1.2 % - næsten en forbedring af størrelsesordenen.

Min favorit Qubit: kvantesimulering og beregning med superledende qubits

Som et fremtidigt mål sigter Wisconsin-forskerne og deres kolleger ved Syracuse University, National Institute of Standards and Technology, University of Colorado og Lawrence Livermore National Laboratory på yderligere at reducere kilderne til kvasipartikelforgiftning. Ved at eksperimentere med andre egnede designs og yderligere optimere SFQ-pulstogene siger teamet, at det kan være muligt at reducere gatefejl til så lave som 0.1 % eller endda 0.01 %, hvilket gør SFQ til en lovende vej mod at opnå skalerbarhed i superledende qubits og låse op for eksponentiel regnekraft af fejltolerante kvantecomputere.

Forskningen er offentliggjort i PRX Quantum.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/