Yeni çip mimarisi, süper iletken kübit dizilerinin ölçeğini büyütmek için umut sunuyor - Fizik Dünyası

ABD'deki bilim insanları, süper iletken kuantum bit (qubit) devrelerini kontrol etmek için kullanılan sinyallerin neden olduğu bozuklukları önemli ölçüde azaltan ustaca yeni bir kuantum çip mimarisini tanıttı. Liderliğinde Chuan Hong Liu ve Robert McDermott Wisconsin Üniversitesi'nden, takım yeni çoklu çip modülünün (MCM), aynı kontrol sistemini kullanan önceki tasarımlarla karşılaştırıldığında kapı hatalarını neredeyse 10 kat azalttığını ve bu sayede onu standart teknolojilere karşı geçerli bir rakip haline getirdiğini gösterdi.

Ölçeklenebilir bir kuantum bilgisayar için potansiyel "yapı taşları" olarak araştırdıkları birçok fiziksel sistem araştırmacısı arasında süper iletken kübit, yüksek tutarlılık süresi (kuantum durumunda ne kadar süre kalacağının bir ölçüsü) ve aslına uygunluğu (bir kuantum durumunda kalma ölçüsü) nedeniyle öne çıkıyor. işlemlerinin ne kadar hatasız olduğu). Ancak süper iletken kuantum hesaplama ne kadar güçlü olursa olsun, tam potansiyelinin ortaya çıkarılması 1 milyondan fazla fiziksel kubit gerektirecektir. Süper iletken kübit sisteminin çalışması için büyük kriyojenik soğutucular ve gelişmiş mikrodalga kontrol aparatları gerektiğinden, bu bir zorluk teşkil ediyor.

Bu kontrol aparatını basitleştirmenin bir yolu, mikrodalgalar yerine en küçük manyetik alan birimlerini (akı kuantumu) kullanarak kübitleri kontrol etmek olacaktır. Bilindiği gibi, bu tek akışlı kuantum (SFQ) dijital mantık teknolojisine dayanan kuantum kapıları, kübitin salınım periyoduna göre hassas bir şekilde kalibre edilmiş darbeler arası zamanlamaya sahip bir dizi nicelenmiş akış darbesi kullanır. Bu yöntem enerji tasarruflu, kompakt ve yüksek hızlı işlemlere uygun olduğundan, çoklu kubit devrelere entegrasyon için ideal bir adaydır.

Zehirli bir sorun

Sorun, SFQ devresinin kübitlere yakın yerleştirilmesi gerekmesidir ve bu da kaçınılmaz olarak darbe üretimi sırasında yarı parçacık zehirlenmesi adı verilen bir olguya yol açar. Bu yarı parçacık zehirlenmesi, süper iletken devrede istenmeyen gevşemelere, uyarılmalara ve kesintilere neden olarak kübitin ömrünü kısaltır.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için Liu ve meslektaşları MCM mimarisini benimsediler. Bu kurulumda SFQ sürücüsü ve kübit devreleri ayrı çiplerde bulunur. Bu çipler, aralarında 6.4 mikrometrelik bir boşluk olacak şekilde üst üste istifleniyor ve In-bumps olarak bilinen ara bağlantılar kullanılarak birbirine bağlanıyor. İki çip arasındaki fiziksel ayrım birçok avantaj sunuyor. Esas olarak bir bariyer görevi görerek yarı parçacıkların doğrudan SFQ sürücüsünden kübite yayılmasını önler. Buna ek olarak, In-bump bağları bunların yayılmasına karşı bir tür direnç sunduğundan, başka bir rahatsızlık kaynağının (atomik veya moleküler titreşimler olan fononların) malzeme içinde dolaşmasını önler. Bu direnç sayesinde bu titreşimler etkili bir şekilde dağılarak kübit çipine ulaşması engelleniyor.

Büyüklük sırası iyileştirmesi

Çip üzerinde tasarım kullanan SFQ dijital mantığının ilk denemelerinde ortalama kübit kapısı hatası %9.1 idi. MCM sayesinde Liu ve McDermott'un ekibi bunu %1.2'ye düşürdü; bu neredeyse büyük bir gelişme.

Favori Qubit'im: süper iletken kübitlerle kuantum simülasyonu ve hesaplama

Gelecekteki bir hedef olarak, Syracuse Üniversitesi, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, Colorado Üniversitesi ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki Wisconsin araştırmacıları ve meslektaşları, yarı parçacık zehirlenmesinin kaynaklarını daha da azaltmayı amaçlıyor. Ekip, diğer uygun tasarımlarla denemeler yaparak ve SFQ darbe dizilerini daha da optimize ederek geçit hatalarını %0.1 veya hatta %0.01'e kadar azaltmanın mümkün olabileceğini, bunun da SFQ'yu süper iletken kübitlerde ölçeklenebilirliğe ulaşma ve Hataya dayanıklı kuantum bilgisayarların üstel bilgi işlem gücü.

Araştırma, PRX Kuantum.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/