Mikroaaltoja kylmästä ja kutistettuja kubitteja

Suomalaistutkijat ovat Aalto-yliopiston ja VTT:n johdolla kehittäneet kubittien hallintaan uuden ratkaisun, joka voi auttaa kasvattamaan kvanttitietokoneiden laskennassa käytettävien kubittien määrää ja samalla mahdollistaa jopa siirtymisen pienempiin kryostaatteihin.

Isoja kvanttiprosessoreita hallitaan ajamalla mikroaaltosignaalien sarja kubitteihin. Niiden ohjaukseen käytettävä mikroaaltosignaali kulkee nykyään kaapelia pitkin kryostaattiin ja kvanttiprosessorille

Tutkijat ovat onnistuneet rakentamaan kryostaatin noin -273 asteen lämpötiloissa toimivan mikroaaltolähteen, joka liittyy kubittiin ilman kaapelointia.

Laite perustuu Josephson-liitokseen, joka on kytketty spiraaliresonaattoriin ja pystyy koherenttiin jatkuvaan mikroaaltosäteilyyn. Sen ominaisuudet noudattavat teoriaa, joka perustuu kapasitiivisesti ohitetun Josephson-liitoksen häiritsevään ohjailuun vahvistuselementtinä.

Yhdessä tulevien kryogeenisten amplitudi- ja vaihemodulaatiotekniikoiden kanssa tutkijoiden lähestymistapa voi johtaa skaalautuviin kryogeenisiin ohjausjärjestelmiin kvanttiprosessoreille.

Koska kyseessä on jatkuvatehoinen mikroaaltolähde, sitä ei sellaisenaan voida käyttää kubittien hallintaan. Seuraavaksi on ratkaistava, miten laite saadaan tuottamaan ohjauksessa tarvittavia pulsseja. Uudesta ratkaisusta voi olla myöhemmin hyötyä myös kvanttisensoreissa, kuten kvanttitutkassa.

Kubittien pienentämiseksi, samalla kun niiden suorituskyky säilyy, alan kenttä tarvitsee myös pienempiä kondensaattoreita, jotka varastoivat kubiteilla tarvittavaa energiaa.

Columbian Engineeringin professori Wang Fong-Jen johdolla tutkijat ovat äskettäin demonstroineet suprajohtavien kubittien kondensaattorin, joka on rakennettu 2D-materiaaleista.

Aiemmin kubittisirujen rakentamiseen on jouduttu käyttämään tasokondensaattoreita, jotka ovat vierekkäin. Levyjen pinoaminen säästäisi tilaa, mutta tavanomaisesti käytetyt metallit häiritsevät kubitti-informaation tallennusta.

Nyt tutkijat asettivat eristävän kerroksen boorinitridiä kahden varatun suprajohtavan van der Waalsin voimien yhdessä pitämien niobiumdiselenidilevyn väliin. Sitten kondensaattori liitettiin alumiinipiireihin ja luotiin siru, joka sisälsi kaksi kubittia. Sirun pinta-ala oli 110 neliömikrometriä ja vain 35 nanometriä paksu – ollen siten tuhat kertaa pienempi kuin perinteisillä lähestymistavoilla toteutetut sirut.

Aiheista aiemmin:

Taikamateriaali moneksi elektroniseksi rakenteeksi