Vauhtia kvanttilaskentaan uudella transmon-kubitilla

Princetonin yliopiston insinöörit ovat rakentaneet suprajohtavan kubitin, joka kestää kolme kertaa pidempään kuin nykyiset parhaat versiot.

”Todellinen haaste, se mikä estää meitä saamasta käyttökelpoisia kvanttitietokoneita, on se, että jos rakennat kubitin, informaatio ei yksinkertaisesti säily kovin kauan”, sanoo Andrew Houck, tutkimuksen toinen pääkirjoittaja. ”Tämä on seuraava suuri harppaus eteenpäin.”

Princetonin tiimi raportoi, että heidän uusi kubittinsa kestää yli millisekunnin. Tämä on kolme kertaa pidempi kuin laboratorioympäristössä koskaan raportoitu paras mahdollinen aika ja lähes 15 kertaa pidempi kuin alan standardi suurten prosessorien osalta.

Uuden kubitin suunnitelma on samanlainen kuin alan johtavien yritysten, kuten Googlen ja IBM:n jo käyttämät, ja tutkijoiden mukaan se voitaisiin helposti asentaa olemassa oleviin prosessoreihin.

Andrew Houckin mukaan Princetonin komponenttien vaihtaminen Googlen parhaaseen kvanttiprosessoriin Willowiin, mahdollistaisi sen toiminnan 1 000 kertaa paremmin. Princetonin kubitin hyödyt kasvavat eksponentiaalisesti järjestelmän koon kasvaessa, joten useampien kubittien lisääminen toisi vielä suurempia hyötyjä.

Princetonin uusi kubittiversio perustuu transmon-piiriin, joiden koherenssiajan pidentäminen on osoittautunut erittäin vaikeaksi.

Tutkijatiimi valitsi kaksijakoisen lähestymistavan kubitin uudelleensuunnitteluun. Ensinnäkin he käyttivät tantaalimetallia auttaakseen hauraita piirejä säästämään energiaa. Toiseksi he korvasivat perinteisen safiirisubstraatin korkealaatuisella piillä, joka on tietokoneteollisuuden standardimateriaali.

Kvanttihankkeen toinen päätutkija Nathalie de Leon sanoi, että heidän tantaali-pii-sirunsa ei ainoastaan päihitä nykyisiä malleja, vaan sitä on myös helpompi massatuottaa. "Tuloksemme todellakin vievät tekniikan tasoa eteenpäin", hän sanoi.

Parantamalla yksittäisten kubittien laatua uusi tutkimus edistää alan suurimpien esteiden ratkaisua: skaalausta ja virheenkorjausta.

Tantaalin ja piin yhdistäminen samalla kun jalostetaan valmistus- ja mittaustekniikoita, on johtanut yhteen transmonin historian suurimmista yksittäisistä parannuksista. Houck kutsui työtä "merkittäväksi läpimurroksi hyödyllisen kvanttilaskennan mahdollistamisessa".

Koska parannukset skaalautuvat eksponentiaalisesti järjestelmän koon myötä, Houck sanoi, että nykyisen alan parhaan vaihtaminen Princetonin suunnitteluun mahdollistaisi hypoteettisen 1 000 kubitin tietokoneen toiminnan noin miljardi kertaa paremmin.

”Olemme osoittaneet, että se on mahdollista piissä”, de Leon sanoi. ”Se, että olemme osoittaneet kriittiset vaiheet ja tärkeät taustalla olevat ominaisuudet, jotka mahdollistavat tällaiset koherenssiajat, tekee niiden käyttöönotosta nyt melko helppoa kaikille skaalautuvien prosessorien parissa työskenteleville.”

Aiheesta aiemmin:

Kubittimaailman millikelvineitä ja millisekunteja

Tavoitteena parempia kubitteja

Edistystä suprajohteisissa kubiteissa