新しいチップアーキテクチャは超伝導量子ビットアレイのスケールアップに希望をもたらす – Physics World

米国の科学者らは、超伝導量子ビット（量子ビット）回路の制御に使用される信号によって引き起こされる妨害を大幅に低減する、独創的な新しい量子チップアーキテクチャを導入した。 によって導かれて チュアン・ホン・リウ および ロバート・マクダーモット ウィスコンシン大学の、 チーム 新しいマルチチップ モジュール (MCM) は、同じ制御システムを使用した以前の設計と比較してゲート エラーをほぼ 10 分の XNUMX に削減し、標準技術に対する有力な競合相手になることを示しました。

スケーラブルな量子コンピューターの潜在的な「構成要素」として研究者が研究している多くの物理システムの中で、超伝導量子ビットは、その高いコヒーレンス時間 (量子状態に留まる時間の尺度) と忠実度 (量子状態に留まる時間の尺度) により際立っています。その操作にどれだけエラーがないのか）。 しかし、超伝導量子コンピューティングは強力ですが、その可能性を最大限に引き出すには、1 万を超える物理量子ビットが必要になります。 超伝導量子ビットシステムは、動作するために大型の極低温冷却器と高度なマイクロ波制御装置を必要とするため、これは課題となります。

この制御装置を簡素化する XNUMX つの方法は、マイクロ波の代わりに磁場の最小単位である磁束量子を使用して量子ビットを制御することです。 知られているように、この単一磁束量子 (SFQ) デジタル ロジック テクノロジに基づく量子ゲートは、量子ビットの発振周期に合わせて正確に校正されたパルス間タイミングを持つ量子化された磁束パルスのシーケンスを使用します。 この方法はエネルギー効率が高く、コンパクトで高速動作が可能なため、マルチ量子ビット回路への統合の理想的な候補となっています。

有害な問題

問題は、SFQ 回路を量子ビットの近くに配置する必要があり、パルス生成中に準粒子ポイズニングと呼ばれる現象が避けられないことです。 この準粒子中毒は、超伝導回路に望ましくない緩和、励起、混乱を引き起こし、量子ビットの寿命を縮めます。

この課題を回避するために、Liu 氏らは MCM アーキテクチャを採用しました。 このセットアップでは、SFQ ドライバーと量子ビット回路が別のチップ上に存在します。 これらのチップは、間に 6.4 マイクロメートルのギャップを設けて相互に積み重ねられ、In バンプとして知られる相互接続を使用して結合されます。 XNUMX つのチップを物理的に分離すると、いくつかの利点が得られます。 これは主にバリアとして機能し、準粒子が SFQ ドライバーから量子ビットに直接散逸するのを防ぎます。 さらに、インバンプ結合がその伝播に対して一種の抵抗を提供するため、別の妨害源である原子または分子の振動であるフォノンが材料中を伝わるのを防ぎます。 この抵抗のおかげで、これらの振動は効果的に散乱され、量子ビットチップに到達するのが妨げられます。

桁違いの改善

オンチップ設計を使用した SFQ デジタル ロジックの最初の試行では、平均量子ビット ゲート エラーは 9.1% でした。 MCM のおかげで、Liu 氏と McDermott 氏のチームはこれを 1.2% に下げ、ほぼ XNUMX 桁改善しました。

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将来の目標として、ウィスコンシン州の研究者とシラキュース大学、国立標準技術研究所、コロラド大学、ローレンス・リバモア国立研究所の同僚は、準粒子中毒の発生源をさらに減らすことを目指している。 他の適切な設計を実験し、SFQ パルス列をさらに最適化することで、ゲート エラーを 0.1%、さらには 0.01% まで低減できる可能性があり、SFQ が超伝導量子ビットのスケーラビリティを達成し、フォールトトレラント量子コンピューターの指数関数的な計算能力。

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