Нова архітектура чіпа дає надію на розширення масивів надпровідних кубітів – Physics World

Вчені з США представили нову геніальну архітектуру квантового чіпа, яка значно зменшує перешкоди, викликані сигналами, що використовуються для керування надпровідними квантовими бітовими (кубітами) схемами. На чолі з Чуань Хун Лю та Роберт Макдермотт Університету Вісконсіна, команда показали, що новий багатокристальний модуль (MCM) зменшує помилки затвора майже в 10 разів порівняно з попередніми конструкціями, які використовували ту саму систему керування, що робить його життєздатним конкурентом стандартних технологій.

З багатьох дослідників фізичних систем, які дослідники розглядають як потенційні «будівельні блоки» для масштабованого квантового комп’ютера, надпровідний кубіт виділяється завдяки своєму високому часу когерентності (показник того, як довго він залишається в квантовому стані) і точності (показник наскільки безпомилковими є його операції). Але якими б потужними не були надпровідні квантові обчислення, для розкриття їх повного потенціалу знадобиться понад 1 мільйон фізичних кубітів. Це є проблемою, оскільки для роботи системи надпровідних кубітів потрібні громіздкі кріогенні охолоджувачі та складний мікрохвильовий контрольний апарат.

Одним із способів спрощення цього апарату керування було б керування кубітами за допомогою найменших одиниць магнітного поля – квантів потоку – замість мікрохвиль. Квантові вентилі, засновані на цій цифровій логічній технології однопотокового кванта (SFQ), як відомо, використовують послідовність квантованих імпульсів потоку з міжімпульсним хронометражем, точно відкаліброваним відповідно до періоду коливань кубіта. Цей метод є енергоефективним, компактним і здатним працювати з високою швидкістю, що робить його ідеальним кандидатом для інтеграції в багатокубітні схеми.

Отруйна проблема

Проблема полягає в тому, що схему SFQ необхідно розташувати близько до кубітів, що неминуче призводить до явища, яке називається отруєнням квазічастинками під час генерації імпульсу. Це отруєння квазічастинками викликає небажані релаксації, збудження та порушення в надпровідному ланцюзі, зменшуючи тривалість життя кубіта.

Щоб обійти цю проблему, Лю та його колеги прийняли архітектуру MCM. У цьому налаштуванні драйвер SFQ і схеми кубітів знаходяться на окремих мікросхемах. Ці чіпи покладені один на одного з проміжком 6.4 мікрометра між ними та з’єднані разом за допомогою з’єднань, відомих як In-bumps. Фізичне розділення між двома чіпами дає кілька переваг. Він головним чином діє як бар’єр, запобігаючи розсіюванню квазічастинок безпосередньо від драйвера SFQ до кубіту. Крім того, це запобігає проходженню через матеріал іншого джерела збурень – фононів, які є атомними або молекулярними коливаннями, оскільки зв’язки In-bump створюють певний опір їх поширенню. Завдяки цьому опору ці вібрації ефективно розсіюються та запобігають досягненню чіпа кубіта.

Покращення порядку величини

У початкових випробуваннях цифрової логіки SFQ з використанням дизайну на чіпі середня помилка затвора кубіта становила 9.1%. Завдяки MCM команда Лю та Макдермотта знизила цей показник до 1.2% – майже на порядок.

Мій улюблений кубіт: квантове моделювання та обчислення з надпровідними кубітами

В якості майбутньої мети дослідники Вісконсіна та їхні колеги з Університету Сіракуз, Національного інституту стандартів і технологій, Університету Колорадо та Ліверморської національної лабораторії Лоуренса прагнуть ще більше зменшити джерела отруєння квазічастинками. Експериментуючи з іншими відповідними конструкціями та подальшою оптимізацією ланцюжків імпульсів SFQ, команда каже, що можливо зменшити помилки затвора до 0.1% або навіть 0.01%, що робить SFQ перспективним шляхом до досягнення масштабованості надпровідних кубітів і розблокування експоненціальна обчислювальна потужність відмовостійких квантових комп'ютерів.

Дослідження опубліковано в PRX Quantum.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/new-chip-architecture-offers-hope-for-scaling-up-superconducting-qubit-arrays/