Kubittimaailman millikelvineitä ja millisekunteja

Äskettäinen tutkimus tarjoaa polun kvanttitransistoreiden (kubittien) määrän skaalaamiseksi sirulla nykyisestä alle sadasta miljooniin, joita tarvitaan kvanttilaskennan toteuttamiseksi käytännössä.

Tuloksen mahdollistaa Sydneyn yliopistossa kehitetty uusi kryogeeninen ohjauselektroniikka, joka toimii lähes absoluuttisessa nollapisteen lämpötilassa.

Tutkimus on Sydneyn yliopiston ja New South Walesin yliopiston välisen teollisuusyhteistyön tulos kvanttiteknologiasta vastaavien spin-out-yritysten Emergence Quantumin ja Diraqin kautta.

Tutkimusta varten kehitettiin piisiru, joka pystyy ohjaamaan spin-kubitteja millikelvinien lämpötiloissa. Se on vain hieman absoluuttisen nollapisteen (-273,15 C°) yläpuolella.

Asiantuntijat uskovat, että monista uusista kubittiteknologioista spinkubitit voisivat helpommin skaalautua, koska ne perustuvat yleiseen CMOS-teknologiaan, joka on nykyaikaisen perinteisen laskennan perusta ja jota käytetään jo miljardien transistoreiden tulostamiseen.

Spin-kubitit on kuitenkin pidettävä alle yhden kelvinin lämpötilassa niiden informaation säilyttämiseksi. Skaalaamiseksi niitä on myös ohjattava ja mitattava monimutkaisella, integroidulla elektroniikalla. Tämä loi todellisen huolen siitä, että vaikka ohjausjärjestelmä saataisiin toimimaan kyseisessä lämpötilassa, ohjauksen sijoittaminen niin lähelle kubitteja aiheuttaisi lämpöä ja sähköisiä häiriöitä, jotka heikentäisivät niiden suorituskykyä.

Nyt tutkijat ovat osoittaneet skaalautuvan ohjausalustan, joka voidaan integroida järjestelmiin tuhoamatta hauraita kvanttitiloja.

Tutkimusartikkelissa tutkijat osoittavat, että ohjausjärjestelmän huolellisella suunnittelulla hauraat kubitit tuskin huomaavat alle millimetrin päässä olevan sirun transistorien kytkeytymisiä.

Aalto-yliopiston fyysikot julkaisivat puolestaan tutkimuksen, joka ylitti merkittävästi aiemmat kubittien koherenssia mittaavat tulokset.

Millisekunnin haamurajan ylittänyt mittaustulos on merkittävä loikka kvanttiteknologian kehityksessä, sillä aikaisemmissa samanlaisissa mittauksissa kubitit ovat pysyneet koherentteina vain 0,6 millisekuntia.

”Olemme juuri mitanneet transmon-tyyppiselle kubitille jopa millisekuntiin yltäneen koherenssiajan kaikumittauksessa. Ajan mediaani oli puoli millisekuntia”, sanoo väitöskirjatutkija Mikko Tuokkola, joka suoritti kokeen ja analysoi tulokset. Mediaaniarvo on erityisen tärkeä, sillä sekin ylittää kaikki aiemmat vastaavat tulokset.

Aiheesta aiemmin:

CMOS-tekniikkaa kvanttilaskentaan

Jyväskylän yliopisto vetämään piikubittien hanketta

Uusi maailmanennätys kubitin toiminnan tarkkuudessa