새로운 칩 아키텍처는 초전도 큐비트 어레이 확장에 대한 희망을 제공합니다.

미국의 과학자들이 초전도 양자 비트(큐비트) 회로를 제어하는 ​​데 사용되는 신호로 인한 교란을 크게 줄이는 독창적인 새로운 양자 칩 아키텍처를 도입했습니다. 주도 추안 홍 리우 및 로버트 맥더모트 위스콘신 대학교의, 팀 새로운 멀티칩 모듈(MCM)은 동일한 제어 시스템을 사용하는 이전 설계에 비해 게이트 오류를 ​​거의 10배 줄여 표준 기술에 대한 실행 가능한 경쟁자가 된다는 것을 보여주었습니다.

연구자들이 확장 가능한 양자 컴퓨터를 위한 잠재적인 "빌딩 블록"으로 탐색하고 있는 많은 물리적 시스템 중에서 초전도 큐비트는 높은 일관성 시간(양자 상태에 유지되는 기간을 나타내는 척도)과 충실도(양자 상태에 머무르는 기간을 나타내는 척도)로 인해 두드러집니다. 작업에 오류가 얼마나 없는지). 그러나 초전도 양자 컴퓨팅이 강력한 만큼 잠재력을 최대한 발휘하려면 1만 개 이상의 물리적 큐비트가 필요합니다. 초전도 큐비트 시스템이 작동하려면 부피가 큰 극저온 냉각기와 정교한 마이크로파 제어 장치가 필요하기 때문에 이는 과제를 제시합니다.

이 제어 장치를 단순화하는 한 가지 방법은 마이크로파 대신 자기장의 가장 작은 단위인 자속 양자를 사용하여 큐비트를 제어하는 ​​것입니다. SFQ(단일 자속 양자) 디지털 논리 기술을 기반으로 하는 양자 게이트는 알려진 바와 같이 큐비트의 진동 주기에 맞게 정밀하게 조정된 펄스 간 타이밍을 갖춘 일련의 양자화된 자속 펄스를 사용합니다. 이 방법은 에너지 효율적이고 컴팩트하며 고속 작업이 가능하므로 다중 큐비트 회로에 통합하기에 이상적인 방법입니다.

유독한 문제

문제는 SFQ 회로를 큐비트에 가깝게 배치해야 하기 때문에 펄스 생성 시 준입자 중독이라는 현상이 필연적으로 발생한다는 점이다. 이러한 준입자 중독은 초전도 회로에서 원치 않는 이완, 여기 및 중단을 유발하여 큐비트의 수명을 단축시킵니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Liu와 동료들은 MCM 아키텍처를 채택했습니다. 이 설정에서 SFQ 드라이버와 큐비트 회로는 별도의 칩에 있습니다. 이 칩은 6.4마이크로미터 간격으로 서로 적층되어 있으며 인범프(In-bump)라고 알려진 상호 연결을 사용하여 함께 결합됩니다. 두 칩 사이의 물리적 분리는 여러 가지 장점을 제공합니다. 이는 주로 장벽 역할을 하여 준입자가 SFQ 드라이버에서 큐비트로 직접 소멸되는 것을 방지합니다. 또한 인범프 결합은 전파에 대한 일종의 저항을 제공하므로 원자 또는 분자 진동인 포논과 같은 또 다른 교란 소스가 재료를 통해 이동하는 것을 방지합니다. 이러한 저항 덕분에 이러한 진동은 효과적으로 분산되어 큐비트 칩에 도달하는 것을 방지합니다.

규모 개선

온칩 설계를 사용한 SFQ 디지털 로직의 초기 시험에서 평균 큐비트 게이트 오류는 9.1%였습니다. MCM 덕분에 Liu와 McDermott의 팀은 이를 1.2%로 낮췄습니다. 이는 거의 XNUMX배나 향상된 수치입니다.

내가 가장 좋아하는 큐비트: 초전도 큐비트를 사용한 양자 시뮬레이션 및 계산

미래의 목표로서 시러큐스 대학교, 국립 표준 기술 연구소, 콜로라도 대학교 및 로렌스 리버모어 국립 연구소의 위스콘신 연구원과 동료들은 준입자 중독의 원인을 더욱 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 다른 적합한 설계를 실험하고 SFQ 펄스 트레인을 더욱 최적화함으로써 팀은 게이트 오류를 ​​0.1% 또는 심지어 0.01%까지 줄이는 것이 가능할 수 있으며 SFQ를 초전도 큐비트의 확장성을 달성하고 내결함성 양자 컴퓨터의 기하급수적인 컴퓨팅 성능.

연구 결과는 PRX 양자.

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