Como parte do Co-design Center for Quantum Advantage (C2QA), um Centro Nacional de Pesquisa em Ciência da Informação Quântica do DOE liderado pelo Brookhaven Lab, cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE) demonstraram um qubit, cujas estruturas são mais. a produção em massa seria comparável aos qubits que atualmente dominam o campo.
Os cientistas realizaram uma série de cálculos analíticos para criar um guia para criar qubits facilmente, garantindo que esses componentes-chave dos computadores quânticos possam ser feitos de forma confiável e robusta.
Recentemente, os cientistas têm tentado melhorar por quanto tempo os qubits retêm a informação quântica, uma propriedade chamada emaranhamento que se relaciona com a qualidade do emaranhamento dos qubits.
Seu foco principal está em qubits supercondutores, que possuem duas camadas separadas por um isolante, chamado junção SIS (supercondutor-isolante-supercondutor). No entanto, produzir essas estruturas com a confiabilidade e precisão exigidas para computadores quânticos de produção em massa é um grande desafio. A integração do SIS é uma verdadeira arte.
Recentemente, os cientistas têm tentado melhorar por quanto tempo os qubits retêm a informação quântica, uma propriedade chamada emaranhamento que se relaciona com a qualidade do emaranhamento dos qubits.
Seu foco principal está em qubits supercondutores, que possuem duas camadas supercondutoras separadas por um isolante, chamado junção SIS (supercondutor-isolante-supercondutor). No entanto, produzir essas estruturas com a confiabilidade e precisão exigidas para computadores quânticos de produção em massa é um grande desafio.
A integração do SIS é verdadeiramente uma arte. Neste estudo, os cientistas investigaram o efeito desta mudança estrutural, tentando compreender o compromisso funcional da mudança para junções de constrição.
O tipo mais comum de qubit supercondutor funciona melhor quando a junção entre dois supercondutores permite a passagem de apenas uma pequena quantidade de corrente. A blindagem no sanduíche SIS (supercondutor-isolante-supercondutor) bloqueia a maior parte da corrente, mas é fina o suficiente para permitir que uma pequena quantidade de corrente flua através de um processo chamado tunelamento quântico.
Embora o design do SIS seja adequado para os qubits avançados de hoje, é um desafio. Os pesquisadores descobriram que substituir o SIS por compactação – que geralmente permite mais por enquanto – ainda pode funcionar para qubits. A análise deles mostrou que é possível reduzir a corrente reduzindo os níveis apropriados de qubits supercondutores, mas este método requer o uso de metais supercondutores incomuns.
Liu disse: “O fio deve ser o mais fino possível se usarmos alumínio, tântalo ou nióbio. Alguns supercondutores não condutores nos permitiriam criar uma junção de constrição em escalas realistas. “
No entanto, as junções de constrição funcionam de forma diferente das junções SIS, por isso os cientistas estão a analisar as consequências desta mudança de design.
Para que os qubits supercondutores funcionem, eles precisam de uma certa incompatibilidade, o que lhes permite operar entre apenas dois níveis de energia. Os supercondutores não apresentam inerentemente esta incompatibilidade; a junção qubit apresenta.
Como as junções de constrição supercondutoras são mais lineares do que o SIS tradicional, elas devem ser mais adequadas para projetos de qubits. No entanto, os pesquisadores descobriram que poderiam corrigir a incompatibilidade das junções de constrição escolhendo materiais supercondutores específicos e projetando cuidadosamente o tamanho e a forma da junção.
No entanto, as juntas de compressão funcionam de forma diferente das estruturas SIS, por isso os cientistas estão a analisar os efeitos desta mudança de design.
Para que os qubits supercondutores funcionem, eles precisam de uma certa incompatibilidade, o que lhes permite operar entre apenas dois níveis de energia. Os supercondutores não apresentam inerentemente esta incompatibilidade; a junção qubit apresenta.
Como as junções de constrição supercondutoras são mais lineares do que o SIS tradicional, elas devem ser mais adequadas para projetos de qubits. No entanto, os pesquisadores descobriram que poderiam corrigir a incompatibilidade das junções de constrição escolhendo materiais supercondutores específicos e projetando cuidadosamente o tamanho e a forma da junção.
Este projeto emocionante identifica materiais para os cientistas atingirem alvos específicos com base nos requisitos do dispositivo.
Liu disse: “Por exemplo, os cientistas identificaram que para qubits que operam entre 5 e 10 gigahertz, comuns na eletrónica de hoje, é necessário que haja um compromisso direto entre a capacidade do material de transportar eletricidade, determinada pela sua resistência, e a não localidade. “
Charles Black, coautor de um artigo publicado recentemente na Physical Review A, disse: “Certas combinações de materiais não funcionam para qubits operando a 5 gigahertz”, disse Black. Mas com materiais que atendem aos critérios especificados pelos cientistas de Brookhaven, os qubits com junções podem funcionar de forma semelhante aos qubits e às junções do SIS.
Liu e Black e seus colegas do C2QA estão testando materiais que atendem às especificações de seu artigo mais recente. Eles estão particularmente interessados em silicetos de metais de transição supercondutores, que já são usados para fabricar semicondutores.
A pesquisa deles mostrou que é possível superar os desafios associados às junções de constrição, permitindo-lhes usar um processo simples de fabricação de qubit.
Este trabalho demonstra um objetivo principal do design colaborativo C2QA, à medida que Liu e Black desenvolvem uma arquitetura qubit que atende aos requisitos da computação quântica, ao mesmo tempo que acompanha as capacidades existentes de fabricação de eletrônicos.
Referência do diário:
- Mingzhao Liu (刘铭钊) e Charles T. Black. Análise funcional de qubits transmon supercondutores-constrição-supercondutores. Física. Rev. A. DOI: 10.1103/PhysRevA.110.012427
