Спаривание пар Купера помогает защитить кубиты от шума

Исследовательская группа из Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure (LPENS) во Франции разработала новый способ защиты сверхпроводящих квантовых битов (кубитов) от шума. Благодаря новому сверхпроводящему элементу схемы, который эффективно «распространяет» квантовое состояние кубита, команда уменьшила чувствительность кубита к внешнему магнитному потоку в 10 раз. Это улучшение может привести к разработке сверхпроводящих кубитов следующего поколения, которые менее подвержены ошибкам.

Квантовая информация, хранящаяся в кубитах, уязвима для шума из окружающей среды, и это остается серьезной проблемой для создания крупномасштабных квантовых компьютеров. Одним из известных подходов к защите кубитов от шума является делокализация их квантовой информации: поскольку шум обычно носит локальный характер, вероятность того, что квантовая информация, которая хранится не локально, будет испорчена, меньше. Например, некоторые типы квантовой коррекции ошибок кодируют информацию в сети из множества пространственно разделенных кубитов.

Интересно, что этот подход к делокализации можно применить и к более абстрактной форме пространства, известной как гильбертово пространство кубита. Одним из популярных примеров является сверхпроводник. трансмон кубит, состояния которого сильно разбросаны по многим значениям заряда, что обеспечивает некоторую невосприимчивость к шуму заряда.

Куперовская пара

Квантовые состояния сверхпроводящей цепи можно описать с помощью спаренных электронов, известных как куперовские пары (первичные носители заряда в сверхпроводниках) или сверхпроводящей фазы (технически это фаза комплексного сверхпроводящего параметра порядка). Когда отдельные куперовские пары туннелируют через так называемый джозефсоновский переход, который обычно состоит из двух сверхпроводников, заключенных между тонким изолятором, ток, протекающий через переход, нелинейно зависит от его сверхпроводящей фазы. Это явление, называемое эффектом Джозефсона, является ключевым элементом почти всех сверхпроводящих кубитов.

Ассоциация Исследователи LPENS разработал новый сверхпроводящий кубит, в котором квантовые состояния делокализованы в широком диапазоне значений сверхпроводящей фазы. Они добились этого, создав обобщенную версию джозефсоновского соединения, в котором две куперовские пары туннелируют через соединение одновременно, то есть спаривание куперовских пар.

Новый переход был реализован в сверхпроводящем контуре, прерванном двумя джозефсоновскими переходами и двумя сверхиндукторами, которые представляют собой большие индукторы с небольшими сопутствующими емкостями. Эта схема, которую команда назвала элементом совместного туннелирования с кинетическими помехами (KITE), была вдохновлена предложение 20-летней давности это предполагает наблюдение эффекта спаривания куперовских пар в сверхпроводящей петле из четырех джозефсоновских контактов. «Разница в том, что KITE заменяет два из этих переходов на сверхиндукторы, что обеспечивает лучшую устойчивость к компенсирующему зарядовому шуму и некоторые другие желательные свойства», — говорит он. Кларк Смит, ведущий автор Физический обзор X документ с описанием исследования.

Команда тщательно контролировала петлю KITE, используя деструктивную интерференцию для подавления туннелирования одиночных пар Купера через два соединения Джозефсона, позволяя доминировать совместному туннелированию двух пар Купера. Это увеличивает флуктуации сверхпроводящей фазы более чем в два раза — значительное увеличение разброса состояний кубита. Затем команда экспериментально наблюдала 10-кратное снижение чувствительности кубита к внешнему магнитному потоку, что сделало его более устойчивым к шуму потока.

К защищенным сверхпроводящим кубитам

Исследователи говорят, что их обобщенный переход Джозефсона является жизненно важным элементом схемы для создания сверхпроводящих кубитов, которые по своей природе устойчивы к шуму. Комбинируя такое соединение с другим элементом, известным как квантовый фазовый сдвиг, может стать возможным реализовать так называемый Кубит Готтесмана-Китаева-Прескила в котором состояния кубита делокализованы как в зарядовом, так и в фазовом пространстве и, таким образом, еще более устойчивы к шуму. По словам Смита, одним из последующих проектов будет разработка эффективных квантовых переходов с фазовым сдвигом и создание кубитов, которые изначально защищены от шума, не прибегая к квантовой коррекции ошибок. Такие кубиты значительно облегчили бы аппаратную сложность, необходимую для создания отказоустойчивого квантового компьютера.

сообщение Спаривание пар Купера помогает защитить кубиты от шума Появившийся сначала на Мир физики.

• Коинсмарт. Лучшая в Европе биржа биткойнов и криптовалют.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. БЕСПЛАТНЫЙ ДОСТУП.
• КриптоХок. Альткоин Радар. Бесплатная пробная версия.
• Источник: https://physicsworld.com/a/pairing-of-cooper-pairs-helps-protect-qubits-against-noise/