ארכיטקטורת שבבים חדשה מציעה תקווה להגדלת מערכי קיוביט מוליכים-על - עולם הפיזיקה

מדענים בארה"ב הציגו ארכיטקטורת שבב קוונטי חדש וגאוני שמפחיתה באופן משמעותי הפרעות הנגרמות על ידי האותות המשמשים לשליטה במעגלי סיביות קוונטיים (קווביט) מוליכים-על. בראשותו של צ'ואן הונג ליו ו רוברט מקדרמוט מאוניברסיטת ויסקונסין, ה נבחרת הראה שמודול ה-multichip החדש (MCM) מפחית את שגיאות השער בכמעט פקטור של 10 בהשוואה לתכנונים קודמים שהשתמשו באותה מערכת בקרה, מה שהופך אותו למתחרה קיימא לטכנולוגיות סטנדרטיות.

מבין המערכות הפיזיקליות הרבות שחוקרים חוקרים כ"אבני בניין" פוטנציאליות למחשב קוונטי ניתן להרחבה, הקיוביט המוליך-על בולט בשל זמן הקוהרנטיות הגבוה שלו (מדד לכמה זמן הוא נשאר במצב קוונטי) והנאמנות (מדד של עד כמה הפעולות שלו נטולות שגיאות). אבל עד כמה שהמיחשוב הקוונטי מוליך-על יכול להיות חזק, פתיחת מלוא הפוטנציאל שלו ידרוש יותר ממיליון קיוביטים פיזיים. זה מהווה אתגר, מכיוון שמערכת הקיוביט המוליכה-על דורשת מצננים קריוגניים מגושמים ומנגנון בקרת מיקרוגל מתוחכם כדי לפעול.

דרך אחת לפשט את מנגנון הבקרה הזה תהיה לשלוט בקיוביטים באמצעות היחידות הקטנות ביותר של שדה מגנטי - קוונטות שטף - במקום גלי מיקרו. שערים קוונטיים המבוססים על טכנולוגיית לוגיקה דיגיטלית קוונטית יחידה זו (SFQ), כפי שהיא ידועה, משתמשים ברצף של פולסי שטף קוונטיים עם תזמון בין-פולסים המכויל במדויק לתקופת התנודה של הקיוביט. שיטה זו יעילה באנרגיה, קומפקטית ומסוגלת לפעול במהירות גבוהה, מה שהופך אותה למועמדת אידיאלית לשילוב במעגלי מולטיקווביט.

בעיה רעילה

הבעיה היא שמעגל ה-SFQ חייב להיות ממוקם קרוב לקיוביטים, מה שמוביל בהכרח לתופעה הנקראת הרעלת quasiparticle במהלך יצירת הדופק. הרעלת קוואזי-חלקיקים זו גורמת להרפיה, עירורים ושיבושים לא רצויים במעגל המוליך העל, ומקטינה את תוחלת החיים של הקיוביט.

כדי לעקוף את האתגר הזה, ליו ועמיתיו אימצו את ארכיטקטורת MCM. בהגדרה זו, מנהל ההתקן של SFQ ומעגלי הקיוביט נמצאים על שבבים נפרדים. שבבים אלה מוערמים זה על גבי זה עם מרווח של 6.4 מיקרומטר ביניהם והם מחוברים זה לזה באמצעות חיבורים הדדיים הידועים בשם In-bumps. ההפרדה הפיזית בין שני השבבים מציעה מספר יתרונות. הוא פועל בעיקר כמחסום, ומונע מקוזי-חלקיקים להתפזר ישירות מדריבר ה-SFQ אל הקיוביט. בנוסף, הוא מונע ממקור אחר להפרעות - פונונים, שהם תנודות אטומיות או מולקולריות - לעבור דרך החומר, מכיוון שהקשרים ב-Bump מציעים סוג של התנגדות להתפשטותם. הודות להתנגדות זו, רעידות אלו מתפזרות ביעילות ונמנעות מלהגיע לשבב הקיוביט.

שיפור בסדר גודל

בניסויים ראשוניים של לוגיקה דיגיטלית של SFQ תוך שימוש בתכנון על-שבב, שגיאת ה-Qubit הממוצעת הייתה 9.1%. הודות ל-MCM, צוות ליו ומקדרמוט הורידו את זה ל-1.2% - כמעט שיפור בסדר גודל.

הקוביט האהוב עליי: הדמיית קוונטים וחישובי עם קיוביטים מוליכים-על

כיעד עתידי, חוקרי ויסקונסין ועמיתיהם מאוניברסיטת סירקיוז, המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, אוניברסיטת קולורדו והמעבדה הלאומית לורנס ליברמור שואפים לצמצם עוד יותר את המקורות להרעלת קוואזי-חלקיקים. על ידי ניסוי עם תכנונים מתאימים אחרים ואופטימיזציה נוספת של רכבות הדופק של SFQ, הצוות אומר כי ייתכן שניתן להפחית את שגיאות השער לנמוכות כמו 0.1% או אפילו 0.01%, מה שהופך את SFQ לנתיב מבטיח להשגת מדרגיות בקיוביטים מוליכים-על ופתיחת הנעילה של כוח מחשוב אקספוננציאלי של מחשבים קוונטיים סובלני תקלות.

המחקר פורסם ב PRX קוונטי.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/