Ny chiparkitektur ger hopp om att skala upp supraledande qubit-matriser – Physics World

Forskare i USA har introducerat en genialisk ny kvantchipsarkitektur som avsevärt minskar störningar som orsakas av de signaler som används för att styra supraledande kvantbitskretsar (qubit). Ledd av Chuan Hong Liu och Robert McDermott vid University of Wisconsin, den grupp visade att den nya multichip-modulen (MCM) minskar grindfel med nästan en faktor 10 jämfört med tidigare konstruktioner som använde samma styrsystem, vilket gör den till en hållbar konkurrent till standardteknologier.

Av de många fysiska system forskare utforskar som potentiella "byggstenar" för en skalbar kvantdator, sticker den supraledande kvantbiten ut på grund av sin höga koherenstid (ett mått på hur länge den förblir i ett kvanttillstånd) och trohet (ett mått på hur felfri dess verksamhet är). Men lika kraftfull som supraledande kvantdatorer kan vara, kommer att låsa upp dess fulla potential kräva mer än 1 miljon fysiska qubits. Detta utgör en utmaning, eftersom det supraledande qubit-systemet kräver skrymmande kryogena kylare och sofistikerad mikrovågskontrollapparat för att fungera.

Ett sätt att förenkla denna kontrollapparat skulle vara att styra qubits med hjälp av de minsta enheterna av magnetfält – flödeskvanta – istället för mikrovågor. Kvantgrindar baserade på denna digitala logikteknologi för singelflödeskvantum (SFQ), som den är känd, använder en sekvens av kvantiserade flödespulser med en interpulstiming exakt kalibrerad till qubitens oscillationsperiod. Denna metod är energieffektiv, kompakt och kapabel till höghastighetsoperationer, vilket gör den till en idealisk kandidat för integration i multiqubit-kretsar.

Ett giftigt problem

Problemet är att SFQ-kretsen måste placeras nära qubitarna, vilket oundvikligen leder till ett fenomen som kallas kvasipartikelförgiftning under pulsgenerering. Denna kvasipartikelförgiftning inducerar oönskade avslappningar, excitationer och störningar i den supraledande kretsen, vilket minskar qubitens livslängd.

För att kringgå denna utmaning anammade Liu och kollegor MCM-arkitekturen. I den här inställningen finns SFQ-drivrutinen och qubit-kretsarna på separata chips. Dessa marker staplas ovanpå varandra med ett 6.4 mikrometers mellanrum däremellan och är sammanfogade med hjälp av sammankopplingar som kallas In-bumps. Den fysiska separationen mellan de två markerna erbjuder flera fördelar. Den fungerar huvudsakligen som en barriär och förhindrar kvasipartiklar från att skingras direkt från SFQ-drivrutinen till qubiten. Dessutom förhindrar det en annan källa till störningar – fononer, som är atomära eller molekylära vibrationer – från att färdas genom materialet, eftersom In-bump-bindningarna erbjuder ett slags motstånd mot deras fortplantning. Tack vare detta motstånd sprids dessa vibrationer effektivt och hindras från att nå qubit-chippet.

Förbättring i storleksordning

I de första försöken med SFQ digital logik med en on-chip-design var det genomsnittliga qubit-grindfelet 9.1 %. Tack vare MCM sänkte Liu och McDermotts team detta till 1.2 % – nästan en förbättring i storleksordningen.

Min favorit Qubit: kvantsimulering och beräkning med supraledande kvantbitar

Som ett framtida mål strävar forskarna i Wisconsin och deras kollegor vid Syracuse University, National Institute of Standards and Technology, University of Colorado och Lawrence Livermore National Laboratory på att ytterligare minska källorna till kvasipartikelförgiftning. Genom att experimentera med andra lämpliga konstruktioner och ytterligare optimera SFQ-pulstågen, säger teamet att det kan vara möjligt att minska grindfel till så låga som 0.1 % eller till och med 0.01 %, vilket gör SFQ till en lovande väg mot att uppnå skalbarhet i supraledande qubits och låsa upp exponentiell beräkningskraft hos feltoleranta kvantdatorer.

Forskningen är publicerad i PRX Quantum.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/