Nieuwe chiparchitectuur biedt hoop voor het opschalen van supergeleidende qubit-arrays – Physics World

Wetenschappers in de VS hebben een ingenieuze nieuwe kwantumchiparchitectuur geïntroduceerd die de verstoringen veroorzaakt door de signalen die worden gebruikt om supergeleidende kwantumbitcircuits (qubit) aan te sturen aanzienlijk vermindert. Geleid door Chuan Hong Liu en Robert McDermott van de Universiteit van Wisconsin, de team toonde aan dat de nieuwe multichipmodule (MCM) poortfouten met bijna een factor 10 vermindert in vergelijking met eerdere ontwerpen die hetzelfde besturingssysteem gebruikten, waardoor het een levensvatbare concurrent van standaardtechnologieën wordt.

Van de vele fysieke systemen die onderzoekers onderzoeken als potentiële ‘bouwstenen’ voor een schaalbare kwantumcomputer, valt de supergeleidende qubit op vanwege zijn hoge coherentietijd (een maatstaf voor hoe lang hij in een kwantumtoestand blijft) en betrouwbaarheid (een maatstaf voor hoe foutloos de werking ervan is). Maar hoe krachtig supergeleidende kwantumcomputing ook kan zijn, het ontsluiten van het volledige potentieel ervan zal meer dan 1 miljoen fysieke qubits vereisen. Dit vormt een uitdaging, omdat het supergeleidende qubit-systeem omvangrijke cryogene koelers en geavanceerde microgolfregelapparatuur nodig heeft om te kunnen werken.

Eén manier om dit controleapparaat te vereenvoudigen zou zijn om de qubits te besturen met behulp van de kleinste eenheden van het magnetische veld – fluxkwanta – in plaats van microgolven. Kwantumpoorten gebaseerd op deze digitale logische technologie met single flux quantum (SFQ), zoals deze bekend is, gebruiken een reeks gekwantiseerde fluxpulsen met een timing tussen de pulsen die nauwkeurig is gekalibreerd op de oscillatieperiode van de qubit. Deze methode is energiezuinig, compact en geschikt voor snelle bewerkingen, waardoor het een ideale kandidaat is voor integratie in multiqubit-circuits.

Een giftig probleem

Het probleem is dat het SFQ-circuit dicht bij de qubits moet worden geplaatst, wat onvermijdelijk leidt tot een fenomeen dat quasideeltjesvergiftiging wordt genoemd tijdens het genereren van pulsen. Deze quasideeltjesvergiftiging veroorzaakt ongewenste relaxaties, excitaties en verstoringen in het supergeleidende circuit, waardoor de levensduur van de qubit wordt verkort.

Om deze uitdaging te omzeilen, hebben Liu en collega's de MCM-architectuur overgenomen. In deze opstelling bevinden de SFQ-driver en de qubit-circuits zich op afzonderlijke chips. Deze chips worden op elkaar gestapeld met een tussenruimte van 6.4 micrometer en worden met elkaar verbonden via onderlinge verbindingen die bekend staan ​​als In-bumps. De fysieke scheiding tussen de twee chips biedt verschillende voordelen. Het fungeert voornamelijk als een barrière en voorkomt dat quasideeltjes rechtstreeks van de SFQ-driver naar de qubit verdwijnen. Bovendien voorkomt het dat een andere bron van verstoringen – fononen, atomaire of moleculaire trillingen – door het materiaal reizen, omdat de In-bump-bindingen een soort weerstand bieden tegen hun voortplanting. Dankzij deze weerstand worden deze trillingen effectief verstrooid en voorkomen dat ze de qubit-chip bereiken.

Orde van grootte verbetering

Bij de eerste tests met digitale SFQ-logica met behulp van een on-chip-ontwerp was de gemiddelde qubit-poortfout 9.1%. Dankzij de MCM heeft het team van Liu en McDermott dit verlaagd naar 1.2% – een verbetering van bijna een orde van grootte.

Mijn favoriete Qubit: kwantumsimulatie en -berekening met supergeleidende qubits

Als toekomstig doel willen de onderzoekers uit Wisconsin en hun collega's van de Universiteit van Syracuse, het National Institute of Standards and Technology, de Universiteit van Colorado en het Lawrence Livermore National Laboratory de bronnen van quasideeltjesvergiftiging verder terugdringen. Door te experimenteren met andere geschikte ontwerpen en de SFQ-pulstreinen verder te optimaliseren, zegt het team dat het mogelijk kan zijn om poortfouten terug te brengen tot slechts 0.1% of zelfs 0.01%, waardoor SFQ een veelbelovend pad wordt naar het bereiken van schaalbaarheid in supergeleidende qubits en het ontsluiten van de exponentiële rekenkracht van fouttolerante kwantumcomputers.

Het onderzoek is gepubliceerd in PRX-kwantum.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/