Ученые делают шаг к квантовому превосходству

Российско-германская исследовательская группа создала квантовый датчик, который обеспечивает доступ к измерению и управлению отдельными двухуровневыми дефектами в кубитах.

Исследование НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра и Технологического института Карлсруэ, опубликованное в npj Quantum Information, может открыть путь для квантовых вычислений.

Датчик для квантовых вычислений

В квантовых вычислениях информация кодируется в кубитах. Кубиты (или квантовые биты), квантово-механический аналог классического бита, представляют собой когерентные двухуровневые системы. Ведущая кубит модальность сегодня - сверхпроводящие кубиты на основе перехода Джозефсона. Именно такие кубиты используют IBM и Google в своих квантовых процессорах. Тем не менее, ученые все еще ищут идеальный кубит - кубит, который можно точно измерить и контролировать, но при этом на него не влияет окружающая среда.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Ключевым элементом сверхпроводящего кубита является джозефсоновский переход сверхпроводник-изолятор-суперкондьютор в нанометровом масштабе. Джозефсоновский переход - это туннельный переход, состоящий из двух кусков сверхпроводящего металла, разделенных очень тонким изолирующим барьером. Чаще всего используется изолятор из оксида алюминия.

Современные методы не позволяют построить кубит со 100% точностью, что приводит к так называемым туннельным двухуровневым дефектам, которые ограничивают производительность сверхпроводящих квантовых устройств и вызывают ошибки вычислений. Эти дефекты способствуют чрезвычайно короткой продолжительности жизни кубита или декогеренции.

Туннельные дефекты в оксиде алюминия и на поверхностях сверхпроводников являются важным источником флуктуаций и потерь энергии в сверхпроводящих кубитах, что в конечном итоге ограничивает время работы компьютера. Исследователи отмечают, что чем больше возникает дефектов материала, тем больше они влияют на производительность кубита, приводя к большему количеству вычислительных ошибок.

Новый квантовый датчик предоставляет доступ к измерению и управлению отдельными двухуровневыми дефектами в квантовых системах. По словам профессора Алексея Устинова, заведующего лабораторией сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС» и руководителя группы Российского квантового центра, соавтора исследования, датчик сам по себе является сверхпроводящим кубитом и позволяет обнаруживать отдельные дефекты и управлять ими. Традиционные методы изучения структуры материала, такие как малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (МУР), недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить небольшие отдельные дефекты, поэтому использование этих методов не поможет создать лучший кубит. Исследование может открыть возможности для квантовой спектроскопии материалов для исследования структуры туннельных дефектов и разработки диэлектриков с низкими потерями, которые срочно необходимы для развития сверхпроводящих квантовых компьютеров. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet