Memasangkan pasangan Cooper membantu melindungi qubit dari kebisingan PlatoBlockchain Data Intelligence. Pencarian Vertikal. ai.

Memasangkan pasangan Cooper membantu melindungi qubit dari kebisingan

Stempel Waktu: 2 Juni 2022 5

Sebuah tim peneliti di Laboratoire de Physique de l'Ecole Normale Supérieure (LPENS) di Prancis telah mengembangkan cara baru untuk melindungi bit kuantum superkonduktor (qubit) dari kebisingan. Berkat elemen sirkuit superkonduktor baru yang secara efektif "menyebarkan" keadaan kuantum qubit, tim mengurangi sensitivitas qubit terhadap fluks magnet eksternal dengan faktor 10. Peningkatan ini dapat mengarah pada pengembangan qubit superkonduktor generasi berikutnya yang kurang rentan terhadap kesalahan.

Informasi kuantum yang disimpan dalam qubit rentan terhadap kebisingan dari lingkungan sekitarnya, dan ini tetap menjadi tantangan utama untuk membangun komputer kuantum skala besar. Salah satu pendekatan yang menonjol untuk melindungi qubit dari kebisingan adalah dengan mendelokalisasi informasi kuantumnya: karena kebisingan biasanya bersifat lokal, informasi kuantum yang disimpan secara non-lokal cenderung tidak rusak. Misalnya, beberapa jenis koreksi kesalahan kuantum mengkodekan informasi dalam jaringan banyak qubit yang terpisah secara spasial.

googletag.cmd.push (function () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

Menariknya, pendekatan delokalisasi ini juga dapat diterapkan pada bentuk ruang yang lebih abstrak yang dikenal sebagai ruang Hilbert dari sebuah qubit. Salah satu contoh yang populer adalah superkonduktor transmon qubit, statusnya tersebar luas di banyak nilai muatan, memberikan kekebalan terhadap noise muatan.

Pasangan pasangan-cooper

Keadaan kuantum dari sirkuit superkonduktor dapat dijelaskan dalam istilah pasangan elektron yang dikenal sebagai pasangan Cooper (pembawa muatan utama dalam superkonduktor) atau fase superkonduktor (secara teknis, fase parameter orde superkonduktor kompleks). Ketika individu Cooper memasangkan terowongan melintasi apa yang disebut persimpangan Josephson, yang biasanya terdiri dari dua superkonduktor yang mengapit isolator tipis, arus yang mengalir melalui persimpangan bergantung secara nonlinier pada fase superkonduktornya. Fenomena ini, disebut efek Josephson, adalah elemen kunci di hampir semua qubit superkonduktor.

Grafik peneliti LPENS merancang qubit superkonduktor baru di mana keadaan kuantum terdelokalisasi pada rentang nilai fase superkonduktor yang luas. Mereka mencapai ini dengan membuat versi umum dari persimpangan Josephson di mana dua pasangan Cooper terowongan melalui persimpangan secara bersamaan - yaitu, sepasang pasangan Cooper.

Diagram sirkuit untuk qubit superkonduktor baru
Interrupted loop: Diagram sirkuit listrik yang diperluas untuk elemen co-tunnelling interferensi kinetik. (Courtesy: WC Smith et al., "Memperbesar Fluktuasi Fase Kuantum dengan Pairing Cooper-Pair", Phys Rev X 12 021002, https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.021002)

Persimpangan baru diwujudkan dalam loop superkonduktor terganggu oleh dua persimpangan Josephson dan dua superinduktor, yang induktor besar dengan kapasitansi yang menyertainya kecil. Susunan ini, yang oleh tim disebut sebagai elemen penerowongan bersama interferensi kinetik (KITE), terinspirasi oleh a lamaran 20 tahun yang menyarankan mengamati efek pasangan-pasangan Cooper dalam loop superkonduktor dari empat persimpangan Josephson. “Perbedaannya adalah KITE memperdagangkan dua sambungan tersebut untuk superinduktor, yang memberikan ketahanan yang lebih baik untuk mengimbangi kebisingan muatan dan beberapa sifat yang diinginkan lainnya,” kata Clarke Smith, penulis utama a Ulasan Fisik X makalah yang menjelaskan penelitian.

Tim dengan hati-hati mengendalikan loop KITE dengan menggunakan interferensi destruktif untuk menekan tunneling pasangan Cooper tunggal di atas dua persimpangan Josephson, memungkinkan co-tunnelling dua pasangan Cooper untuk mendominasi. Ini memperbesar fluktuasi fase superkonduktor lebih dari dua faktor – peningkatan yang cukup besar dalam penyebaran status qubit. Tim kemudian mengamati secara eksperimental pengurangan 10 kali lipat dalam sensitivitas qubit terhadap fluks magnet eksternal, menjadikannya lebih tahan terhadap kebisingan fluks.

Menuju qubit superkonduktor yang dilindungi

Para peneliti mengatakan bahwa persimpangan Josephson umum mereka adalah elemen sirkuit penting dalam membuat qubit superkonduktor yang secara intrinsik tahan terhadap kebisingan. Dengan menggabungkan persimpangan seperti itu dengan elemen lain yang dikenal sebagai slip fase kuantum, mungkin menjadi mungkin untuk mengimplementasikan apa yang disebut Qubit Gottesman-Kitaev-Preskill di mana status qubit terdelokalisasi pada ruang muatan dan fase dan dengan demikian bahkan lebih kuat terhadap noise. Menurut Smith, satu proyek tindak lanjut adalah mengembangkan persimpangan fase-slip kuantum yang efektif dan membangun qubit yang secara intrinsik dilindungi dari kebisingan tanpa menggunakan koreksi kesalahan kuantum. Qubit semacam itu akan secara signifikan mengurangi kompleksitas perangkat keras yang diperlukan untuk membangun komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan.

Pos Memasangkan pasangan Cooper membantu melindungi qubit dari kebisingan muncul pertama pada Dunia Fisika.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika