Kotimainen kubitti

Aalto-yliopiston IQM Quantum Computersin ja VTT:n tutkijoiden ryhmä on löytänyt uuden suprajohtavan kubitin, unimonin, parantamaan kvanttilaskennan tarkkuutta.

Suprajohtavat kubitit ovat nykyisin alan yleisimmin käytetyt kubitit. Ne ovat tavallaan keinotekoisia atomeja, joiden ominaisuuksia ja kytkentöjä voidaan optimoida sovelluksen mukaan.

Yleensä suprakubitit perustuvat Josephson-liitoksiin, jotka tarjoavat kaksitasoisen järjestelmän luomiseen tarvittavan epälineaarisuuden. Lisäksi ne voivat sisältää kondensaattoreita tai superinduktoreja, joilla kubittien kohinaherkkyyttä ja signaalinantoa yritetään hallita.

Tämän hetkisellä (noisy intermediate-scale quantum NISQ) tavoitetasolla toteutettavan kvanttilaskennan monimutkaisuutta rajoittavat enimmäkseen virheet yhden ja kahden kubitin kvanttiporteissa.

IQM-VTT tutkijaryhmä on saavuttanut unimoneilla ensimmäiset kvanttilogiikkaportit 99,9 %:n tarkkuudella – tärkeä virstanpylväs kaupallisesti hyödyllisten kvanttitietokoneiden rakentamisessa.

Unimonissa yhdistyy halutut ominaisuudet: lisääntynyt epäharmonisuus, täydellinen epäherkkyys tasavirran varauskohinalle, pienentynyt herkkyys magneettiselle kohinalle ja yksinkertainen rakenne, joka koostuu vain yhdestä Josephson-liitoksesta resonaattorissa.

"Koska piirillä on suurempi anharmonisuus tai epälineaarisuus, kuin nyt yleisesti käytössä olevissa transmoneissa, voimme käyttää unimoneja nopeammin, mikä johtaa vähempiin virheisiin operaatiota kohden", sanoo Eric Hyyppä. Hänen vuonna 2020 julkaistu diplomityönsä liittyi Unimonin teoreettisen mallin toiminnan osoittamiseen.

Käytännössä unimoni toteutetaan integroimalla yksittäinen Josephson-liitos molemmista päistä maadoitetun suprajohtavan coplanar-waveguide (CPW) -resonaattorin keskijohtimeen. Piirin suprajohtavana materiaalina käytettiin niobiumia ja Josephson-liitoksessa alumiinia.

Mikroaalloilla sekä supra-aaltojohteiden rakenteilla Josephsonin-liitoksineen tuotetaan eräänlainen keinotekoinen atomi, mikä mahdollistaa kvanttilomittumisen ja kvanttikoherenssin havainnoinnin makroskooppisessa mittakaavassa. Kubitti kytkeytyy suprajohtavaan resonaattoriin sitoutuneeseen mikroaaltofotoniin.

Josephson-liitos on ohitettu geometrisella induktanssilla, joka tarjoaa täydellisen suojan matalataajuista varauskohinaa vastaan. Unimonin pelkästään geometrisella induktanssilla on mahdollista saavuttaa parempi ennustettavuus ja toistettavuus kuin aiemmin käytössä olleilla Josephson-liitosten ketjuihin perustuvilla suprainduktansseilla.

"Unimonit ovat niin yksinkertaisia ja silti niillä on monia etuja transmoneihin verrattuna. Se, että ensimmäinen koskaan tehty unimon toimi näin hyvin, antaa runsaasti tilaa optimoinnille ja suurille läpimurroille. Seuraavana askeleena meidän tulisi optimoida suunnittelu vieläkin korkeammalle kohinasuojaukselle ja esitellä kaksikubitisia portteja”, sanoo Aalto-yliopiston ja VTT:n professori Möttönen.

Aiheesta aiemmin

Uusia kubittiratkaisuja

Kvanttipisteisiä ja nemaattisia kubitteja

Paremman kvanttibitin rakentaminen