Superledende qubit 3-D-integrationsmuligheder styrket af ny forskning

Forskere fra Google og University of California Santa Barbara har taget et vigtigt skridt mod målet om at bygge en storstilet kvantecomputer.

Skrivning i journalen Kvantevidenskab og -teknologi , de præsenterer en ny proces til at skabe superledende forbindelser, som er kompatible med eksisterende superledende qubit-teknologi.

Kapløbet om at udvikle den første storstilede fejlkorrigerede kvantecomputer er ekstremt konkurrencedygtig, og selve processen er kompleks. Mens klassiske computere koder data til binære cifre (bits), der findes i en af ​​to tilstande, en kvantecomputer gemmer information i kvantebits (qubits), der kan være viklet ind i hinanden og placeret i en superposition af begge tilstande samtidigt.

Fangsten er, at kvantetilstande er ekstremt skrøbelige, og enhver uønsket interaktion med det omgivende miljø kan ødelægge denne kvanteinformation. En af de største udfordringer i skabelsen af ​​en storstilet kvantecomputer er, hvordan man fysisk skalerer antallet af qubits, mens du stadig forbinder styresignaler til dem og bevarer disse kvantetilstande.

Hovedforfatter Brooks Foxen, fra UC Santa Barbara, sagde:"Der er en masse ubekendte, når det kommer til at forestille sig præcis, hvordan den første storskala kvantecomputer vil se ud. I det superledende qubit-felt, vi er lige nu begyndt at udforske systemer med 10'er af qubits, mens det langsigtede mål er at bygge en computer med millioner af qubits.

"Tidligere forskning har mest involveret layouts, hvor styreledninger er ført på et enkelt metallag. Mere interessante kredsløb kræver evnen til at trække ledninger i tre dimensioner, så ledninger kan krydse hinanden. Løsning af dette problem uden at introducere materialer, der reducerer kvaliteten af superledende qubits er et varmt emne, og flere grupper har for nylig demonstreret mulige løsninger. Vi tror på, at vores løsning, som er den første til at levere fuldt superledende forbindelser med høje kritiske strømme, tilbyder den største fleksibilitet i at designe andre aspekter af kvantekredsløb."

Efterhånden som superledende qubit-teknologi vokser ud over endimensionelle kæder af nærmeste nabokoblede qubits, større todimensionelle arrays er et naturligt næste skridt.

Prototypiske todimensionelle arrays er blevet bygget, men udfordringen med at dirigere kontrolledninger og udlæsningskredsløb har, indtil nu, forhindrede udviklingen af ​​high fidelity qubit-arrays af størrelse 3x3 eller større.

Seniorforfatter professor John M Martinis, i fællesskab udnævnt til både Google og UC Santa Barbara, sagde:"For at muliggøre udviklingen af ​​større qubit-arrays, vi har udviklet en proces til fremstilling af fuldt superledende sammenkoblinger, der er materielt kompatible med vores eksisterende, høj troskab, aluminium på silicium qubits.

"Denne fremstillingsproces åbner døren til muligheden for tæt integration af to superledende kredsløb med hinanden eller, som det ville være ønskeligt i tilfælde af superledende qubits, den tætte integration af én højkohærens qubit-enhed med en tæt, flerlags, signaldirigeringsenhed."