Новая архитектура чипов дает надежду на масштабирование массивов сверхпроводящих кубитов

Ученые из США представили новую гениальную архитектуру квантового чипа, которая значительно снижает помехи, вызываемые сигналами, используемыми для управления сверхпроводящими цепями квантовых битов (кубитов). Под руководством Чуан Хун Лю и Роберт Макдермотт Университета Висконсина, команда показали, что новый многочиповый модуль (MCM) снижает ошибки вентиля почти в 10 раз по сравнению с более ранними конструкциями, в которых использовалась та же система управления, что делает его жизнеспособным конкурентом стандартных технологий.

Из многих физических систем, которые исследователи физических систем рассматривают в качестве потенциальных «строительных блоков» для масштабируемого квантового компьютера, сверхпроводящий кубит выделяется своим высоким временем когерентности (показатель того, как долго он остается в квантовом состоянии) и точностью (показатель насколько безошибочна его работа). Но какими бы мощными ни были сверхпроводящие квантовые вычисления, для раскрытия их полного потенциала потребуется более 1 миллиона физических кубитов. Это представляет собой проблему, поскольку для работы системы сверхпроводящих кубитов требуются громоздкие криогенные охладители и сложная микроволновая аппаратура управления.

Одним из способов упрощения этого устройства управления было бы управление кубитами с использованием наименьших единиц магнитного поля – квантов потока – вместо микроволн. Квантовые вентили, основанные на этой технологии цифровой логики с одним квантом потока (SFQ), как известно, используют последовательность квантованных импульсов потока с временными интервалами между импульсами, точно откалиброванными в соответствии с периодом колебаний кубита. Этот метод энергоэффективен, компактен и способен выполнять высокоскоростные операции, что делает его идеальным кандидатом для интеграции в многокубитные схемы.

Ядовитая проблема

Проблема в том, что схему SFQ необходимо размещать близко к кубитам, что неизбежно приводит к явлению, называемому «отравлением квазичастиц» при генерации импульсов. Это отравление квазичастицами вызывает нежелательные релаксации, возбуждения и нарушения в сверхпроводящей цепи, сокращая срок службы кубита.

Чтобы обойти эту проблему, Лю и его коллеги внедрили архитектуру MCM. В этой схеме драйвер SFQ и схемы кубитов расположены на отдельных микросхемах. Эти чипы накладываются друг на друга с зазором 6.4 микрометра между ними и соединяются друг с другом с помощью межсоединений, известных как In-bumps. Физическое разделение двух чипов дает несколько преимуществ. В основном он действует как барьер, не позволяя квазичастицам рассеиваться непосредственно от драйвера SFQ к кубиту. Кроме того, это предотвращает перемещение через материал другого источника возмущений — фононов, которые представляют собой атомные или молекулярные колебания, поскольку связи In-bump оказывают своего рода сопротивление их распространению. Благодаря этому сопротивлению эти вибрации эффективно рассеиваются и не позволяют достичь кубитного чипа.

Улучшение на порядок

В первоначальных испытаниях цифровой логики SFQ с использованием встроенной конструкции средняя ошибка вентиля кубита составила 9.1%. Благодаря MCM команда Лю и Макдермотта снизила этот показатель до 1.2% – улучшение почти на порядок.

Мой любимый кубит: квантовое моделирование и вычисления с использованием сверхпроводящих кубитов

В качестве будущей цели исследователи из Висконсина и их коллеги из Сиракузского университета, Национального института стандартов и технологий, Университета Колорадо и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса стремятся еще больше сократить источники отравления квазичастицами. Экспериментируя с другими подходящими конструкциями и дальнейшей оптимизацией последовательностей импульсов SFQ, команда утверждает, что можно уменьшить ошибки затвора до 0.1% или даже 0.01%, что делает SFQ многообещающим путем к достижению масштабируемости сверхпроводящих кубитов и раскрытию экспоненциальная вычислительная мощность отказоустойчивых квантовых компьютеров.

Исследование опубликовано в PRX Квант.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/