Uusi siruarkkitehtuuri tarjoaa toivoa suprajohtavien kubittiryhmien skaalaamisesta – Physics World

Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat ottaneet käyttöön nerokkaan uuden kvanttisiruarkkitehtuurin, joka vähentää merkittävästi suprajohtavien kvanttibittien (qubit) piirien ohjaamiseen käytettävien signaalien aiheuttamia häiriöitä. Johdolla Chuan Hong Liu ja Robert McDermott Wisconsinin yliopistosta joukkue- osoitti, että uusi multichip-moduuli (MCM) vähentää porttivirheitä lähes 10-kertaisesti verrattuna aikaisempiin malleihin, joissa käytettiin samaa ohjausjärjestelmää, mikä tekee siitä elinkelpoisen kilpailijan standarditekniikoille.

Niistä monista fyysisistä järjestelmistä, joita tutkijat tutkivat mahdollisina "rakennuspalikoina" skaalautuvalle kvanttitietokoneelle, suprajohtava kubitti erottuu joukosta korkean koherenssiaikansa (mitta kuinka kauan se pysyy kvanttitilassa) ja tarkkuuden (mitta kuinka virheetöntä sen toiminta on). Mutta niin tehokas kuin suprajohtava kvanttilaskenta voi olla, sen täyden potentiaalin vapauttaminen vaatii yli miljoona fyysistä kubittia. Tämä on haaste, koska suprajohtava qubit-järjestelmä vaatii toimiakseen tilaa vieviä kryogeenisiä jäähdyttimiä ja kehittyneitä mikroaaltouunien ohjauslaitteita.

Yksi tapa yksinkertaistaa tätä ohjauslaitetta olisi ohjata kubitteja käyttämällä mikroaaltojen sijaan pienimpiä magneettikentän yksiköitä – vuokvantteja. Tähän yksivuon kvantti (SFQ) digitaaliseen logiikkatekniikkaan perustuvat kvanttiportit, kuten tunnetaan, käyttävät kvantisoitujen vuopulssien sarjaa pulssien välisellä ajoituksella, joka on kalibroitu tarkasti kubitin värähtelyjaksoon. Tämä menetelmä on energiatehokas, kompakti ja pystyy toimimaan suurilla nopeuksilla, joten se on ihanteellinen ehdokas integroitavaksi monibittisiin piireihin.

Myrkyllinen ongelma

Ongelmana on, että SFQ-piiri on sijoitettava lähelle kubitteja, mikä johtaa väistämättä ilmiöön, jota kutsutaan kvasihiukkasmyrkytykseksi pulssin generoinnin aikana. Tämä kvasihiukkasmyrkytys aiheuttaa ei-toivottuja rentoutumisia, virityksiä ja häiriöitä suprajohtavassa piirissä, mikä lyhentää kubitin käyttöikää.

Tämän haasteen kiertämiseksi Liu ja kollegat ottivat käyttöön MCM-arkkitehtuurin. Tässä asetuksessa SFQ-ohjain ja qubit-piirit sijaitsevat erillisillä siruilla. Nämä sirut pinotaan päällekkäin 6.4 mikrometrin rakolla niiden välissä ja ne liitetään yhteen In-bumps-liitännöillä. Kahden sirun välinen fyysinen erotus tarjoaa useita etuja. Se toimii pääasiassa esteenä estäen kvasihiukkasia hajaantumasta suoraan SFQ-ajurista qubitille. Lisäksi se estää toista häiriölähdettä – fononeja, jotka ovat atomi- tai molekyylivärähtelyjä – kulkemasta materiaalin läpi, koska In-bump-sidokset tarjoavat eräänlaisen vastuksen niiden etenemiselle. Tämän vastuksen ansiosta nämä värähtelyt hajaantuvat tehokkaasti ja estävät pääsemästä qubit-sirulle.

Suuruusluokan parannus

Alkuperäisissä SFQ-digitaalilogiikan kokeiluissa, joissa käytettiin sirua, keskimääräinen kubitin porttivirhe oli 9.1 %. MCM:n ansiosta Liu ja McDermottin tiimi alensivat tätä 1.2 prosenttiin, mikä on lähes suuruusluokkaa parannus.

Oma suosikki Qubit: kvanttisimulaatio ja laskenta suprajohtavilla kubiteilla

Wisconsinin tutkijat ja heidän kollegansa Syracusen yliopistosta, National Institute of Standards and Technologysta, Coloradon yliopistosta ja Lawrence Livermore National Laboratorysta pyrkivät jatkossa vähentämään kvasihiukkasmyrkytysten lähteitä. Kokeilemalla muita sopivia malleja ja optimoimalla SFQ-pulssijonoja edelleen, tiimi sanoo, että porttivirheet voidaan vähentää jopa 0.1 prosenttiin tai jopa 0.01 prosenttiin, mikä tekee SFQ:sta lupaavan tavan saavuttaa suprajohtavien kubittien skaalattavuus ja vapauttaa Vikasietoisten kvanttitietokoneiden eksponentiaalinen laskentateho.

Tutkimus julkaistaan PRX Quantum.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/