Noua arhitectură de cip oferă speranță pentru extinderea matricelor de qubit supraconductoare – Physics World

Oamenii de știință din SUA au introdus o nouă arhitectură ingenioasă a cipurilor cuantice care reduce semnificativ perturbările cauzate de semnalele utilizate pentru a controla circuitele supraconductoare de biți cuantici (qubit). Condus de Chuan Hong Liu și Robert McDermott de la Universitatea din Wisconsin, the echipă a arătat că noul modul multicip (MCM) reduce erorile de poartă cu aproape un factor de 10 în comparație cu modelele anterioare care foloseau același sistem de control, făcându-l un concurent viabil pentru tehnologiile standard.

Dintre numeroasele sisteme fizice pe care cercetătorii le explorează ca potențiale „blocuri” pentru un computer cuantic scalabil, qubitul supraconductor se remarcă datorită timpului său ridicat de coerență (o măsură a cât timp rămâne într-o stare cuantică) și fidelității (o măsură a cât de lipsite de erori sunt operațiunile sale). Dar, oricât de puternică ar putea fi calculul cuantic supraconductor, deblocarea întregului său potențial va necesita mai mult de 1 milion de qubiți fizici. Acest lucru prezintă o provocare, deoarece sistemul qubit supraconductor necesită răcitoare criogenice voluminoase și un aparat sofisticat de control al microundelor pentru a funcționa.

O modalitate de simplificare a acestui aparat de control ar fi controlul qubiților folosind cele mai mici unități de câmp magnetic - cuante de flux - în loc de microunde. Porțile cuantice bazate pe această tehnologie de logică digitală cuantică cu flux unic (SFQ), așa cum este cunoscută, utilizează o secvență de impulsuri de flux cuantificate cu o temporizare între impulsuri calibrată precis la perioada de oscilație a qubitului. Această metodă este eficientă energetic, compactă și capabilă de operațiuni de mare viteză, ceea ce o face un candidat ideal pentru integrarea în circuite multiqubit.

O problemă otrăvitoare

Problema este că circuitul SFQ trebuie plasat aproape de qubiți, ceea ce duce inevitabil la un fenomen numit otrăvire cu cvasiparticule în timpul generării impulsului. Această otrăvire cu cvasiparticule induce relaxări, excitații și întreruperi nedorite în circuitul supraconductor, diminuând durata de viață a qubitului.

Pentru a evita această provocare, Liu și colegii au adoptat arhitectura MCM. În această configurație, driverul SFQ și circuitele qubit locuiesc pe cipuri separate. Aceste cipuri sunt stivuite una peste alta cu un spațiu de 6.4 micrometri între ele și sunt legate între ele folosind interconexiuni cunoscute sub numele de In-bumps. Separarea fizică dintre cele două cipuri oferă mai multe avantaje. Acesta acționează în principal ca o barieră, împiedicând cvasiparticulele să se disipeze direct din driverul SFQ către qubit. În plus, împiedică o altă sursă de perturbări – fononii, care sunt vibrații atomice sau moleculare – să călătorească prin material, deoarece legăturile In-bump oferă un fel de rezistență la propagarea lor. Datorită acestei rezistențe, aceste vibrații sunt împrăștiate eficient și împiedicate să ajungă la cipul qubit.

Îmbunătățirea ordinului de mărime

În încercările inițiale ale logicii digitale SFQ folosind un design pe cip, eroarea medie a porții qubit a fost de 9.1%. Datorită MCM, echipa lui Liu și McDermott a redus acest procent la 1.2% - aproape o îmbunătățire de ordin de mărime.

Qubitul meu preferat: simulare cuantică și calcul cu qubiți supraconductori

Ca obiectiv viitor, cercetătorii din Wisconsin și colegii lor de la Universitatea Syracuse, Institutul Național de Standarde și Tehnologie, Universitatea din Colorado și Laboratorul Național Lawrence Livermore urmăresc să reducă și mai mult sursele de otrăvire cu cvasiparticule. Experimentând cu alte modele adecvate și optimizând în continuare trenurile de impulsuri SFQ, echipa spune că este posibil să se reducă erorile de poartă până la 0.1% sau chiar 0.01%, făcând SFQ o cale promițătoare către atingerea scalabilității în qubiții supraconductori și deblocarea puterea de calcul exponențială a calculatoarelor cuantice tolerante la erori.

Cercetarea este publicată în PRX Quantum.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/