Forskere udvikler nyt værktøj til analyse af store superledende kredsløb

Den næste generation af computing og informationsbehandling ligger i kvantemekanikkens spændende verden. Quantum computere forventes at være i stand til at løse store, ekstremt komplekse problemer, der ligger uden for kapaciteten i nutidens mest kraftfulde supercomputere.

Nye forskningsværktøjer er nødvendige for at fremme området og fuldt ud at udvikle kvantecomputere. Nu har forskere fra Northwestern University udviklet og testet et teoretisk værktøj til analyse af store superledende kredsløb. Disse kredsløb bruger superledende kvantebits, eller qubits, de mindste enheder i en kvantecomputer, at gemme oplysninger.

Kredsløbets størrelse er vigtig, da beskyttelse mod skadelig støj har en tendens til at komme på bekostning af øget kredsløbskompleksitet. I øjeblikket er der få værktøjer, der tackler modellering af store kredsløb, gør den nordvestlige metode til et vigtigt bidrag til forskningssamfundet.

"Vores ramme er inspireret af metoder, der oprindeligt blev udviklet til undersøgelse af elektroner i krystaller og giver os mulighed for at opnå kvantitative forudsigelser for kredsløb, der tidligere var svære eller umulige at få adgang til, "sagde Daniel Weiss, tilsvarende og første forfatter til papiret. Han er fjerdeårs kandidatstuderende i forskningsgruppen til Jens Koch, en ekspert i superledende qubits.

Koch, lektor i fysik og astronomi i Weinberg College of Arts and Sciences, er medlem af Superledende Quantum Materials and Systems Center (SQMS) og Co-design Center for Quantum Advantage (C ² QA). Begge nationale centre blev etableret sidste år af det amerikanske energiministerium (DOE). SQMS er fokuseret på at opbygge og implementere en avanceret kvantecomputer baseret på superledende teknologier. C ² QA bygger de grundlæggende værktøjer, der er nødvendige for at skabe skalerbare, distribuerede og fejltolerante kvantecomputersystemer.

"Vi er begejstrede for at bidrage til de missioner, der udføres af disse to DOE -centre, og for at øge nordvestens synlighed inden for kvanteinformationsvidenskab, "Sagde Koch.

I deres undersøgelse, de nordvestlige forskere illustrerer brugen af ​​deres teoretiske værktøj ved at udtrække kvantitative oplysninger fra et beskyttet kredsløb, der ikke kunne opnås ved hjælp af standardteknikker.

Detaljer blev offentliggjort i dag (13. september) i open access journal Fysisk gennemgangsforskning .

Forskerne studerede specifikt beskyttede qubits. Disse qubits er beskyttet mod skadelig støj ved design og kan give sammenhængstider (hvor længe kvanteinformation bevares), der er meget længere end nuværende state-of-the-art qubits.

Disse superledende kredsløb er nødvendigvis store, og det nordvestlige værktøj er et middel til at kvantificere opførslen af ​​disse kredsløb. Der er nogle eksisterende værktøjer, der kan analysere store superledende kredsløb, men hver fungerer kun godt, når visse betingelser er opfyldt. Den nordvestlige metode er komplementær og fungerer godt, når disse andre værktøjer kan give suboptimale resultater.

Papirets titel er "Variationel stram-bindende metode til simulering af store superledende kredsløb."