नई चिप आर्किटेक्चर सुपरकंडक्टिंग क्वबिट एरेज़ को बढ़ाने की आशा प्रदान करती है - फिजिक्स वर्ल्ड

अमेरिका में वैज्ञानिकों ने एक सरल नई क्वांटम चिप वास्तुकला पेश की है जो सुपरकंडक्टिंग क्वांटम बिट (क्यूबिट) सर्किट को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले संकेतों के कारण होने वाली गड़बड़ी को काफी कम कर देती है। के नेतृत्व में चुआन होंग लियू और रॉबर्ट मैकडरमोट विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय के, टीम पता चला कि नया मल्टीचिप मॉड्यूल (एमसीएम) समान नियंत्रण प्रणाली का उपयोग करने वाले पहले के डिजाइनों की तुलना में गेट त्रुटियों को लगभग 10 गुना कम कर देता है, जिससे यह मानक प्रौद्योगिकियों के लिए एक व्यवहार्य प्रतियोगी बन जाता है।

कई भौतिक प्रणालियों में से शोधकर्ता एक स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटर के लिए संभावित "बिल्डिंग ब्लॉक्स" के रूप में खोज कर रहे हैं, सुपरकंडक्टिंग क्वबिट अपने उच्च सुसंगतता समय (एक क्वांटम स्थिति में कितने समय तक रहता है इसका एक उपाय) और निष्ठा (एक माप) के कारण बाहर खड़ा है इसका संचालन कितना त्रुटि रहित है)। लेकिन सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटिंग जितनी शक्तिशाली हो सकती है, इसकी पूरी क्षमता को अनलॉक करने के लिए 1 मिलियन से अधिक भौतिक क्वैबिट की आवश्यकता होगी। यह एक चुनौती प्रस्तुत करता है, क्योंकि सुपरकंडक्टिंग क्वबिट प्रणाली को संचालित करने के लिए भारी क्रायोजेनिक कूलर और परिष्कृत माइक्रोवेव नियंत्रण उपकरण की आवश्यकता होती है।

इस नियंत्रण उपकरण को सरल बनाने का एक तरीका माइक्रोवेव के बजाय चुंबकीय क्षेत्र की सबसे छोटी इकाइयों - फ्लक्स क्वांटा - का उपयोग करके क्वैबिट को नियंत्रित करना होगा। इस एकल फ्लक्स क्वांटम (एसएफक्यू) डिजिटल लॉजिक तकनीक पर आधारित क्वांटम गेट्स, जैसा कि ज्ञात है, एक अंतर-पल्स समय के साथ मात्राबद्ध फ्लक्स दालों के अनुक्रम का उपयोग करते हैं जो कि क्वैबिट के दोलन अवधि के लिए सटीक रूप से कैलिब्रेट किया गया है। यह विधि ऊर्जा कुशल, कॉम्पैक्ट और उच्च गति संचालन में सक्षम है, जो इसे मल्टीक्यूबिट सर्किट में एकीकरण के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाती है।

एक जहरीली समस्या

समस्या यह है कि एसएफक्यू सर्किट को क्वैबिट के करीब रखा जाना चाहिए, जो अनिवार्य रूप से पल्स पीढ़ी के दौरान क्वासिपार्टिकल पॉइज़निंग नामक घटना की ओर ले जाता है। यह क्वासिपार्टिकल विषाक्तता सुपरकंडक्टिंग सर्किट में अवांछित आराम, उत्तेजना और व्यवधान उत्पन्न करती है, जिससे क्वबिट का जीवनकाल कम हो जाता है।

इस चुनौती से निपटने के लिए, लियू और उनके सहयोगियों ने एमसीएम वास्तुकला को अपनाया। इस सेटअप में, SFQ ड्राइवर और क्वबिट सर्किट अलग-अलग चिप्स पर रहते हैं। इन चिप्स को बीच में 6.4 माइक्रोमीटर के अंतराल के साथ एक दूसरे के ऊपर रखा जाता है और इन-बम्प्स के रूप में जाने जाने वाले इंटरकनेक्शन का उपयोग करके एक साथ जोड़ा जाता है। दो चिप्स के बीच भौतिक अलगाव कई फायदे प्रदान करता है। यह मुख्य रूप से एक अवरोधक के रूप में कार्य करता है, जो क्वासिपार्टिकल्स को एसएफक्यू ड्राइवर से सीधे क्वैबिट में फैलने से रोकता है। इसके अतिरिक्त, यह गड़बड़ी के एक अन्य स्रोत - फोनन, जो परमाणु या आणविक कंपन हैं - को सामग्री के माध्यम से यात्रा करने से रोकता है, क्योंकि इन-बंप बांड उनके प्रसार के लिए एक प्रकार का प्रतिरोध प्रदान करते हैं। इस प्रतिरोध के लिए धन्यवाद, ये कंपन प्रभावी रूप से बिखरे हुए हैं और क्वैबिट चिप तक पहुंचने से रोके गए हैं।

परिमाण में सुधार का क्रम

ऑन-चिप डिज़ाइन का उपयोग करके एसएफक्यू डिजिटल लॉजिक के प्रारंभिक परीक्षणों में, औसत क्वबिट गेट त्रुटि 9.1% थी। एमसीएम को धन्यवाद, लियू और मैकडरमॉट की टीम ने इसे घटाकर 1.2% कर दिया - लगभग परिमाण में सुधार का एक क्रम।

मेरा पसंदीदा क्यूबिट: क्वांटम सिमुलेशन और सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट के साथ गणना

भविष्य के उद्देश्य के रूप में, सिरैक्यूज़ विश्वविद्यालय, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी, कोलोराडो विश्वविद्यालय और लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी के विस्कॉन्सिन शोधकर्ताओं और उनके सहयोगियों का लक्ष्य क्वासिपार्टिकल विषाक्तता के स्रोतों को और कम करना है। अन्य उपयुक्त डिज़ाइनों के साथ प्रयोग करके और एसएफक्यू पल्स ट्रेनों को और अधिक अनुकूलित करके, टीम का कहना है कि गेट त्रुटियों को 0.1% या 0.01% तक कम करना संभव हो सकता है, जिससे एसएफक्यू सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट में स्केलेबिलिटी प्राप्त करने और अनलॉक करने की दिशा में एक आशाजनक मार्ग बन जाएगा। दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटरों की घातीय कंप्यूटिंग शक्ति।

शोध में प्रकाशित किया गया है PRX क्वांटम.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/