Uus kiibiarhitektuur pakub lootust ülijuhtivate kubitimassiivide suurendamiseks – Physics World

USA teadlased on kasutusele võtnud geniaalse uue kvantkiibi arhitektuuri, mis vähendab oluliselt ülijuhtivate kvantbittide (qubit) ahelate juhtimiseks kasutatavatest signaalidest põhjustatud häireid. Eesotsas Chuan Hong Liu ja Robert McDermott Wisconsini ülikoolist meeskond näitas, et uus mitmekiibiline moodul (MCM) vähendab väravavigu peaaegu 10 korda võrreldes varasemate konstruktsioonidega, mis kasutasid sama juhtimissüsteemi, muutes selle standardtehnoloogiatele elujõuliseks konkurendiks.

Paljudest füüsilistest süsteemidest, mida teadlased uurivad skaleeritava kvantarvuti potentsiaalsete "ehituskividena", paistab ülijuhtiv kubit silma oma kõrge koherentsusaja (mõõdik, kui kaua see kvantolekus püsib) ja täpsuse (mõõt kui veatu on selle toimingud). Kuid nii võimas kui ülijuhtiv kvantandmetöötlus võib olla, nõuab selle täieliku potentsiaali vabastamine rohkem kui 1 miljonit füüsilist kubitti. See kujutab endast väljakutset, kuna ülijuhtiva kubitisüsteemi tööks on vaja mahukaid krüogeenseid jahuteid ja keerulisi mikrolainejuhtimisseadmeid.

Üks viis selle juhtimisseadme lihtsustamiseks oleks juhtida kubitte mikrolainete asemel magnetvälja väikseimate ühikute – vookvantide – abil. Sellel ühe voolukvant- (SFQ) digitaalloogikatehnoloogial põhinevad kvantväravad, nagu on teada, kasutavad kvantiseeritud vooimpulsside jada impulssidevahelise ajastusega, mis on täpselt kalibreeritud kubiti võnkeperioodi järgi. See meetod on energiasäästlik, kompaktne ja võimeline töötama kiiresti, muutes selle ideaalseks kandidaadiks integreerimiseks multiqubit-ahelatesse.

Mürgine probleem

Probleem on selles, et SFQ-ahel tuleb asetada kubittide lähedale, mis viib impulsi genereerimise ajal paratamatult nähtuseni, mida nimetatakse kvaasiosakeste mürgituseks. See kvaasiosakeste mürgistus kutsub esile soovimatuid lõdvestusi, erutusi ja häireid ülijuhtivas ahelas, lühendades kubiidi eluiga.

Sellest väljakutsest mööda hiilimiseks võtsid Liu ja kolleegid kasutusele MCM-i arhitektuuri. Selles seadistuses asuvad SFQ-draiver ja qubit-ahelad eraldi kiipides. Need kiibid on virnastatud üksteise peale 6.4 mikromeetrise vahega ja ühendatakse omavahel ühenduste abil, mida tuntakse In-bumps nime all. Kahe kiibi füüsiline eraldamine pakub mitmeid eeliseid. See toimib peamiselt barjäärina, takistades kvaasiosakeste hajumist otse SFQ draiverist qubitile. Lisaks takistab see teise häirete allika – fononite, mis on aatomi- või molekulaarsed vibratsioonid – läbi materjali liikumast, kuna in-bump sidemed pakuvad omamoodi vastupanu nende levimisele. Tänu sellele takistusele hajuvad need vibratsioonid tõhusalt laiali ja takistavad nende jõudmist kubitikiibile.

Suurusjärgu paranemine

SFQ digitaalse loogika esialgsetes katsetes, kasutades kiibipõhist disaini, oli keskmine kubiti värava viga 9.1%. Tänu MCM-ile alandas Liu ja McDermotti meeskond selle 1.2% -ni, mis on peaaegu suurusjärgu paranemine.

Minu lemmik Qubit: kvantsimulatsioon ja ülijuhtivate kubittidega arvutamine

Tulevikueesmärgina püüavad Wisconsini teadlased ja nende kolleegid Syracuse ülikoolist, riiklikust standardi- ja tehnoloogiainstituudist, Colorado ülikoolist ja Lawrence Livermore'i riiklikust laborist veelgi vähendada kvaasiosakeste mürgistuse allikaid. Teiste sobivate konstruktsioonidega katsetades ja SFQ-impulssijadasid täiendavalt optimeerides, võib töörühm olla võimalik vähendada väravavigu kuni 0.1% või isegi 0.01%, muutes SFQ-st paljulubavaks võimaluseks ülijuhtivate kubitite mastaapsuse saavutamiseks ja tõrketaluvusega kvantarvutite eksponentsiaalne arvutusvõimsus.

Uuring on avaldatud aastal PRX Quantum.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/