Nova arhitektura čipov ponuja upanje za razširitev superprevodnih nizov kubitov – Physics World

Znanstveniki v ZDA so predstavili genialno novo arhitekturo kvantnega čipa, ki znatno zmanjša motnje, ki jih povzročajo signali, ki se uporabljajo za nadzor superprevodnih kvantnih bitnih (qubit) vezij. Voden z Chuan Hong Liu in Robert McDermott Univerze v Wisconsinu, skupina je pokazalo, da novi veččipni modul (MCM) zmanjša napake vrat za skoraj faktor 10 v primerjavi s prejšnjimi zasnovami, ki so uporabljale isti nadzorni sistem, zaradi česar je uspešen tekmec standardnim tehnologijam.

Med številnimi fizičnimi sistemi, ki jih raziskovalci raziskujejo kot potencialne "gradnike" za razširljiv kvantni računalnik, superprevodni qubit izstopa zaradi svojega visokega koherenčnega časa (merilo, kako dolgo ostane v kvantnem stanju) in zvestobe (mera za kako brez napak je njegovo delovanje). Čeprav je lahko superprevodno kvantno računalništvo močno, bo za sprostitev njegovega polnega potenciala potrebnih več kot 1 milijon fizičnih kubitov. To predstavlja izziv, saj superprevodni sistem qubit za delovanje zahteva zajetne kriogene hladilnike in sofisticirane aparate za nadzor mikrovalov.

Eden od načinov za poenostavitev tega krmilnega aparata bi bil krmiljenje kubitov z uporabo najmanjših enot magnetnega polja – kvantov pretoka – namesto mikrovalov. Kvantna vrata, ki temeljijo na tej digitalni logični tehnologiji z enim tokovnim kvantom (SFQ), kot je znana, uporabljajo zaporedje kvantiziranih impulzov toka z medimpulznim časovnim razporedom, ki je natančno kalibriran glede na obdobje nihanja kubita. Ta metoda je energijsko učinkovita, kompaktna in zmožna delovati pri visokih hitrostih, zaradi česar je idealen kandidat za integracijo v večkubitna vezja.

Strupena težava

Težava je v tem, da mora biti vezje SFQ nameščeno blizu kubitov, kar neizogibno vodi do pojava, imenovanega zastrupitev s kvazidelci med ustvarjanjem impulza. Ta zastrupitev s kvazidelci povzroča neželene sprostitve, vzburjenja in motnje v superprevodnem vezju, kar zmanjšuje življenjsko dobo kubita.

Da bi se izognili temu izzivu, so Liu in njegovi sodelavci sprejeli arhitekturo MCM. V tej nastavitvi so gonilnik SFQ in vezja kubita na ločenih čipih. Ti čipi so zloženi drug na drugega s 6.4 mikrometrsko vrzeljo vmes in so povezani z medsebojnimi povezavami, znanimi kot In-bumps. Fizična ločitev med dvema čipoma nudi številne prednosti. Deluje predvsem kot ovira in preprečuje, da bi se kvazidelci razpršili neposredno iz gonilnika SFQ v kubit. Poleg tega preprečuje še en vir motenj – fonone, ki so atomske ali molekularne vibracije –, da bi potoval skozi material, saj In-bump vezi ponujajo nekakšen upor pri njihovem širjenju. Zahvaljujoč tej odpornosti se te vibracije učinkovito razpršijo in preprečijo, da bi dosegle čip qubit.

Izboljšanje reda velikosti

V začetnih poskusih digitalne logike SFQ z uporabo zasnove na čipu je bila povprečna napaka vrat qubit 9.1 %. Zahvaljujoč MCM sta ekipa Liuja in McDermotta to znižala na 1.2 % – izboljšanje skoraj za stopnjo velikosti.

Moj najljubši kubit: kvantna simulacija in računanje s superprevodnimi kubiti

Kot prihodnji cilj si raziskovalci iz Wisconsina in njihovi kolegi na Univerzi Syracuse, Nacionalnem inštitutu za standarde in tehnologijo, Univerzi v Koloradu in Nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore prizadevajo dodatno zmanjšati vire zastrupitve s kvazidelci. Z eksperimentiranjem z drugimi primernimi zasnovami in nadaljnjim optimiziranjem nizov impulzov SFQ ekipa pravi, da je mogoče napake vrat zmanjšati na le 0.1 % ali celo 0.01 %, zaradi česar je SFQ obetavna pot k doseganju razširljivosti v superprevodnih kubitih in sprostitvi eksponentna računalniška moč kvantnih računalnikov, odpornih na napake.

Raziskava je objavljena v PRX kvantna.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/