Cooperi paaride sidumine aitab kaitsta kubitte müra eest

Prantsusmaal asuva Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure'i (LPENS) uurimisrühm on välja töötanud uue viisi ülijuhtivate kvantbittide (kubittide) kaitsmiseks müra eest. Tänu uudsele ülijuhtiva vooluahela elemendile, mis tõhusalt "laialitab" kubiidi kvantolekut, vähendas töörühm kubiidi tundlikkust välisele magnetvoole 10 korda. See täiustus võib viia järgmise põlvkonna ülijuhtivate kubittide väljatöötamiseni. vähem altid vigadele.

Kubitites salvestatud kvantteave on ümbritseva keskkonna müra suhtes habras ja see jääb suuremahuliste kvantarvutite ehitamise suureks väljakutseks. Üks silmapaistev lähenemisviis kubitite müra eest kaitsmiseks on nende kvantteabe ümberpaigutamine: kuna müra on tavaliselt lokaalne, on mittelokaalselt salvestatud kvantteabe rikkumine väiksem. Näiteks teatud tüüpi kvantveaparandused kodeerivad teavet paljude ruumiliselt eraldatud kubittide võrku.

Huvitav on see, et seda ümberpaigutamise lähenemisviisi saab rakendada ka abstraktsema ruumivormi jaoks, mida tuntakse kubiidi Hilberti ruumina. Üks populaarne näide on ülijuhtivus transmon qubit, mille olekud on suurel määral hajutatud paljude laenguväärtuste vahel, pakkudes mõningast kaitset laengumüra vastu.

Cooper-paar sidumine

Ülijuhtiva vooluringi kvantseisundeid saab kirjeldada paaris elektronidena, mida tuntakse Cooperi paaridena (ülijuhtide esmane laengukandja) või ülijuhtiva faasi (tehniliselt keeruka ülijuhtivuse järjekorra parameetri faas) kaudu. Kui üksikud Cooperi paarid tunnelivad üle niinimetatud Josephsoni ristmiku, mis tavaliselt koosneb kahest õhukese isolaatori vahele jäävast ülijuhist, sõltub ristmikku läbiv vool mittelineaarselt selle ülijuhtivuse faasist. See nähtus, mida nimetatakse Josephsoni efektiks, on peaaegu kõigi ülijuhtivate kubittide põhielement.

. LPENS-i teadlased kavandas uue ülijuhtiva kubiidi, milles kvantolekud on ümber paigutatud ülijuhtiva faasi laiale väärtuste vahemikule. Nad saavutasid selle, luues Josephsoni ristmiku üldistatud versiooni, milles kaks Cooperi paari tunnelivad samaaegselt läbi ristmiku – see tähendab Cooperi paaride paari.

Uus ristmik realiseeriti ülijuhtivas ahelas, mille katkestasid kaks Josephsoni ristmikku ja kaks superinduktorit, mis on suured induktiivpoolid, millel on väikesed kaasnevad mahtuvused. See paigutus, mida meeskond nimetab kineetiliste häirete kaastunnelielemendiks (KITE), on inspireeritud 20 aastat vana ettepanek mis viitab Cooperi paari sidumisefekti jälgimisele nelja Josephsoni ristmiku ülijuhtivas ahelas. "Erinevus seisneb selles, et KITE vahetab kaks neist ristmikest superinduktiivpoolide vastu, mis annab parema vastupidavuse laengumüra ja mõne muu soovitava omaduse tasakaalustamiseks," ütleb. Clarke Smith, peaautor a Füüsiline ülevaade X uurimistööd kirjeldav paber.

Meeskond kontrollis hoolikalt KITE ahelat, kasutades hävitavaid häireid, et suruda alla üksikute Cooperi paaride tunneldamine kahe Josephsoni ristmiku kohal, võimaldades domineerida kahe Cooperi paari koostunneldamisel. See suurendab ülijuhtiva faasi kõikumisi rohkem kui kaks korda – kubiti olekute levimise märkimisväärne kasv. Seejärel täheldas meeskond eksperimentaalselt kubiidi tundlikkuse 10-kordset vähenemist välisele magnetvoogule, muutes selle voomüra suhtes vastupidavamaks.

Kaitstud ülijuhtivate kubitite suunas

Teadlased ütlevad, et nende üldistatud Josephsoni ristmik on oluline vooluringi element ülijuhtivate kubittide valmistamisel, mis on müra suhtes vastupidavad. Kombineerides sellise ristmiku teise elemendiga, mida tuntakse kui kvantfaasi libisemine, võib osutuda võimalikuks rakendada nn Gottesman-Kitaev-Preskill qubit milles kubiti olekud on ümber paigutatud nii laengu- kui ka faasiruumidesse ja on seega müra suhtes veelgi vastupidavamad. Smithi sõnul oleks üheks jätkuprojektiks tõhusate kvantfaasilibisemise ristmike väljatöötamine ja kubitide loomine, mis on sisuliselt müra eest kaitstud, ilma kvantvigade korrigeerimiseta. Sellised kubitid hõlbustaksid oluliselt tõrketaluva kvantarvuti ehitamiseks vajalikku riistvaralist keerukust.

Postitus Cooperi paaride sidumine aitab kaitsta kubitte müra eest ilmus esmalt Füüsika maailm.

• Münditark. Euroopa parim Bitcoini ja krüptobörs.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. TASUTA PÄÄS.
• CryptoHawk. Altcoini radar. Tasuta prooviversioon.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/pairing-of-cooper-pairs-helps-protect-qubits-against-noise/