Arsitektur chip baru menawarkan harapan untuk meningkatkan susunan qubit superkonduktor – Dunia Fisika

Para ilmuwan di AS telah memperkenalkan arsitektur chip kuantum baru yang cerdik yang secara signifikan mengurangi gangguan yang disebabkan oleh sinyal yang digunakan untuk mengontrol sirkuit bit kuantum (qubit) superkonduktor. Dipimpin oleh Chuan Hong Liu dan Robert McDermott dari Universitas Wisconsin, itu tim menunjukkan bahwa modul multichip (MCM) baru mengurangi kesalahan gerbang hampir 10 kali lipat dibandingkan dengan desain sebelumnya yang menggunakan sistem kontrol yang sama, menjadikannya pesaing yang layak terhadap teknologi standar.

Dari sekian banyak sistem fisik yang dieksplorasi para peneliti sebagai “blok penyusun” potensial untuk komputer kuantum yang dapat diskalakan, qubit superkonduktor menonjol karena waktu koherensinya yang tinggi (ukuran berapa lama ia berada dalam keadaan kuantum) dan fidelitas (ukuran seberapa bebas kesalahan operasinya). Namun sekuat apa pun komputasi kuantum superkonduktor, untuk mencapai potensi penuhnya akan membutuhkan lebih dari 1 juta qubit fisik. Hal ini menghadirkan tantangan, karena sistem qubit superkonduktor memerlukan pendingin kriogenik berukuran besar dan peralatan kontrol gelombang mikro yang canggih untuk beroperasi.

Salah satu cara untuk menyederhanakan peralatan kontrol ini adalah dengan mengontrol qubit menggunakan satuan medan magnet terkecil – kuanta fluks – alih-alih gelombang mikro. Gerbang kuantum berdasarkan teknologi logika digital fluks kuantum tunggal (SFQ) ini, seperti diketahui, menggunakan rangkaian pulsa fluks terkuantisasi dengan waktu antar-pulsa yang dikalibrasi secara tepat dengan periode osilasi qubit. Metode ini hemat energi, ringkas, dan mampu melakukan operasi berkecepatan tinggi, menjadikannya kandidat ideal untuk diintegrasikan ke dalam sirkuit multiqubit.

Masalah beracun

Masalahnya adalah sirkuit SFQ harus ditempatkan dekat dengan qubit, yang pasti akan mengarah pada fenomena yang disebut keracunan kuasipartikel selama pembangkitan pulsa. Keracunan kuasipartikel ini menyebabkan relaksasi, eksitasi, dan gangguan yang tidak diinginkan pada sirkuit superkonduktor, sehingga mengurangi umur qubit.

Untuk menghindari tantangan ini, Liu dan rekannya mengadopsi arsitektur MCM. Dalam pengaturan ini, driver SFQ dan sirkuit qubit berada pada chip terpisah. Chip-chip ini ditumpuk satu sama lain dengan jarak 6.4 mikrometer di antaranya dan diikat bersama menggunakan interkoneksi yang dikenal sebagai In-bumps. Pemisahan fisik antara kedua chip menawarkan beberapa keuntungan. Ini terutama bertindak sebagai penghalang, mencegah partikel kuasi menghilang langsung dari driver SFQ ke qubit. Selain itu, hal ini mencegah sumber gangguan lain – fonon, yaitu getaran atom atau molekul – agar tidak merambat melalui material, karena ikatan In-bump menawarkan semacam resistensi terhadap perambatannya. Berkat resistensi ini, getaran ini secara efektif tersebar dan dicegah mencapai chip qubit.

Peningkatan urutan besarnya

Pada uji coba awal logika digital SFQ menggunakan desain on-chip, rata-rata kesalahan gerbang qubit adalah 9.1%. Berkat MCM, tim Liu dan McDermott menurunkannya menjadi 1.2% – hampir merupakan peningkatan yang besar.

Qubit Favorit Saya: simulasi kuantum dan komputasi dengan qubit superkonduktor

Sebagai tujuan masa depan, para peneliti Wisconsin dan rekan-rekan mereka di Syracuse University, National Institute of Standards and Technology, University of Colorado dan Lawrence Livermore National Laboratory bertujuan untuk lebih mengurangi sumber keracunan kuasipartikel. Dengan bereksperimen dengan desain lain yang sesuai dan lebih mengoptimalkan rangkaian pulsa SFQ, tim mengatakan kesalahan gerbang dapat dikurangi hingga 0.1% atau bahkan 0.01%, menjadikan SFQ jalur yang menjanjikan menuju pencapaian skalabilitas dalam qubit superkonduktor dan membuka kunci sistem. kekuatan komputasi eksponensial dari komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan.

Penelitian ini dipublikasikan di kuantum PRX.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/