Edistystä suprajohteisissa kubiteissa

Suprajohtavat piirit ovat lupaava vaihtoehto kvanttitietokoneiden kubittien toteuttamiseksi. Vaikeutena on kuitenkin tuottaa tarpeeksi pieniä kubitteja, jotka voidaan vaihtaa riittävän nopeasti kvanttilaskelmien suorittamiseksi.

Karlsruhe Institute of Technologyn tutkijat ovat onnistuneet kehittämään uusia, epätavanomaisia suprajohtavia kubitteja.

”Suprajohtavan kubitin ydin on Josephson-liitos, ja tässä teimme ratkaisevan muutoksen", sanoo tohtori Ioan M. Pop KITin kvanttimateriaalien ja -teknologioiden instituutista (IQMT). Yleensä tarvittavat Josephson-liitokset toteutetaan ohuella oksidisululla, joka erottaa kaksi alumiinikerrosta.

"Meidän kubiteissa käytämme yhtä kerrosta rakeista alumiinia, suprajohdetta, joka on valmistettu muutaman nanometrin kokoisista alumiinirakeista, jotka on upotettu oksidimatriisiin", Pop sanoo.

Materiaali rakentuu itsestään kolmiulotteiseksi Josephson-liitosten verkostoksi. ”On kiehtovaa nähdä, että kaikkia kubitimme ominaisuuksia hallitsee hyvin pieni, vain 20 nm:n liitos.

Näin ollen se toimii kuin suurennuslasi suprajohtavien kubittien mikroskooppisista materiaalivirheistä ja tarjoaa siten lupaavan vaihtoehdon parannuskeinoille”, Simon Günzler, IQMT, lisää.

Tutkijoiden menetelmä luo täysin uusia mahdollisuuksia teolliseen tuotantoon ja keksintö onkin jo suojattu eurooppa-patentilla.

Israelilaisen Bar-Ilanin yliopiston tutkijat kehittävät suprajohtavia flux eli vuokubittejä, joille he ovat saaneet ennennäkemätön toistettavuuden.

Suprajohtavat transmon-kubitit ovat nykyään kvanttiprosessoreiden olennaisimpia rakenneosia. Kuitenkin ne ovat heikosti epälineaarisia objekteja, mikä rajoittaa luonnostaanniiden tarkkuutta ja aiheuttaa skaalautuvuutta koskevia huolenaiheita taajuuksien ruuhkautumisen vuoksi.

Tohtori Michael Stern ja työtoverit Bar-Ilanin yliopistosta ovat paneutuneet vuokubitteihin, jotka ovat erittäin epälineaarisia objekteja ja siksi niitä voidaan manipuloida erittäin lyhyessä ajassa suurella tarkkuudella.

Flux-kubittien suurin haittapuoli on kuitenkin se, että niitä on erityisen vaikea hallita ja valmistaa. Dr. Sternin johtama ryhmä yhdessä Melbournen yliopiston professori David Jamiesonin kanssa on onnistuneesti voittanut tämän esteen uudella menetelmällä hallita ja valmistaa vuokubitteja, joilla on ennennäkemättömän pitkät ja toistettavat koherenssiajat.

Venäläiset fyysikot MISIS-yliopistossa ja Bauman Moscow State Technical University -yliopistossa ovat ensimmäisinä maailmassa ottaneet käyttöön kahden kubitin toiminnan suprajohtavien vuokubittien avulla.

Suojellakseen kubitteja kohinalta tutkijat lisäsivät piiriin suprainduktorin, joka on toteutettu 40 Josephson-liitoksen ketjulla.

"Fluxoniumien tärkein etu on, että niitä voidaan käyttää matalalla, noin 600 MHz:n taajuudella. Mitä pienempi taajuus, sitä pidempi on kubittien elinikä, jolloin ehditään suorittaa enemmän toimintoja. Testien aikana kävi ilmi, että fluxonium-kubittien dielektriset häviöt mahdollistavat superposition tilan säilyttämisen pidempään kuin transmoneilla, toteaa yksi tutkimuksen tekijöistä, Ilja Besedin.

Aiheesta aiemmin:

Paremman kvanttibitin rakentaminen