Az új chip architektúra reményt ad a szupravezető qubit tömbök bővítésére – Physics World

Az amerikai tudósok egy ötletes, új kvantumchip architektúrát vezettek be, amely jelentősen csökkenti a szupravezető kvantumbites (qubit) áramkörök vezérlésére használt jelek által okozott zavarokat. Által vezetett Chuan Hong Liu és a Robert McDermott a Wisconsini Egyetemen, a csapat kimutatta, hogy az új multichip modul (MCM) közel 10-szeresére csökkenti a kapuhibákat az ugyanazt a vezérlőrendszert használó korábbi tervekhez képest, így életképes versenytársa a szabványos technológiáknak.

A kutatók a skálázható kvantumszámítógép potenciális „építőköveiként” vizsgált számos fizikai rendszer közül a szupravezető qubit kiemelkedik magas koherenciaidejével (a kvantumállapotban maradásának mértéke) és a hűségével (a mennyire hibamentesek a működése). De bármilyen erős is lehet a szupravezető kvantumszámítás, a benne rejlő lehetőségek teljes kiaknázásához több mint 1 millió fizikai qubitre lesz szükség. Ez kihívást jelent, mivel a szupravezető qubit rendszer működéséhez terjedelmes kriogén hűtők és kifinomult mikrohullámú vezérlőberendezések szükségesek.

Ennek a vezérlőberendezésnek az egyszerűsítésének egyik módja az lenne, ha a qubiteket a legkisebb mágneses mező egységekkel – a fluxuskvantumokkal – vezérelnék a mikrohullámú helyett. Az ezen az egyfluxus-kvantum (SFQ) digitális logikai technológián alapuló kvantumkapuk, mint ismeretes, kvantált fluxusimpulzusok sorozatát használják az impulzusok közötti időzítéssel, amely pontosan a qubit rezgési periódusához van kalibrálva. Ez a módszer energiahatékony, kompakt és nagy sebességű műveletekre képes, így ideális jelölt a multiqubit áramkörökbe való integráláshoz.

Mérgező probléma

A probléma az, hogy az SFQ áramkört a qubitek közelében kell elhelyezni, ami elkerülhetetlenül az impulzusgenerálás során a kvázirészecske-mérgezésnek nevezett jelenséghez vezet. Ez a kvázirészecske-mérgezés a szupravezető áramkörben nemkívánatos relaxációkat, gerjesztéseket és megszakításokat idéz elő, csökkentve a qubit élettartamát.

Ennek a kihívásnak a megkerülésére Liu és munkatársai az MCM architektúrát alkalmazták. Ebben a beállításban az SFQ illesztőprogram és a qubit áramkörök külön chipeken találhatók. Ezek a chipek egymásra vannak rakva 6.4 mikrométeres hézaggal, és az In-bumps néven ismert összeköttetések segítségével kötik össze. A két chip fizikai elválasztása számos előnnyel jár. Főleg gátként működik, megakadályozva, hogy a kvázi részecskék közvetlenül az SFQ meghajtóról a qubitre szóródjanak. Ezenkívül megakadályozza, hogy egy másik zavarforrás – a fononok, amelyek atomi vagy molekuláris rezgések – áthaladjanak az anyagon, mivel az In-bump kötések egyfajta ellenállást nyújtanak terjedésükkel szemben. Ennek az ellenállásnak köszönhetően ezek a rezgések hatékonyan szétszóródnak, és megakadályozzák, hogy elérjék a qubit chipet.

Nagyságrendi javulás

Az SFQ digitális logikának a chipen belüli tervezést használó kezdeti próbáiban az átlagos qubit kapuhiba 9.1% volt. Az MCM-nek köszönhetően Liu és McDermott csapata ezt 1.2%-ra csökkentette, ami közel nagyságrendi javulás.

Kedvenc Qubit: kvantumszimuláció és számítás szupravezető qubitekkel

A wisconsini kutatók és kollégáik a Syracuse Egyetemen, a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézetben, a Colorado Egyetemen és a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban jövőbeli célkitűzésként a kvázirészecske-mérgezés forrásainak további csökkentését tűzték ki célul. Más megfelelő tervekkel kísérletezve és az SFQ impulzussorozatok további optimalizálásával a csapat szerint lehetséges lehet a kapuhibák akár 0.1%-ra vagy akár 0.01%-ra is csökkenteni, így az SFQ ígéretes út a szupravezető qubitek skálázhatóságának eléréséhez és a zárolás feloldásához. a hibatűrő kvantumszámítógépek exponenciális számítási teljesítménye.

A kutatást a PRX Quantum.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/