Hvad er den støj, der spiser kvantebits?

Super kraftfuld quantum computing er afhængig af quantum bits, aka qubits, som svarer til de klassiske bits, der bruges i nutidens computere. SQUID'er undersøges for udvikling af qubits. Imidlertid, systemstøj kan ødelægge de data, der er gemt i de resulterende qubits. Beregninger har bekræftet eksperimentelle beviser for, at iltmolekyler, der er adsorberet på overfladen af ​​SQUID, er den mest sandsynlige kilde til lavfrekvent magnetisk støj. Forskere identificerede afbødningsstrategier, såsom overfladebeskyttelse og forbedrede vakuummiljøer. Disse fremgangsmåder sænkede overflade ilt og den tilhørende støj til niveauer, der er nødvendige for, at SQUID'er kan bruges i den næste generation af computere.

Superledende enheder er kandidater til at udvikle qubits. En type enhed kaldes en SQUID til superledende kvanteinterferens. Det er baseret på en superledende sløjfe, der indeholder et eller to Josephson -kryds og tillader måling af kvantiseret magnetisk energi. Imidlertid, evnen til at udvikle SQUID-baserede kvantecomputere vil kræve, at de lagrede magnetiske data overlever i lang tid. Forskere opdagede oprindelsen af ​​magnetisk støj i disse systemer, og måder at minimere det. Deres arbejde giver en designstrategi til udvikling af afstembare superledende qubits med lang levetid.

I kvanteberegning, kvanteinformation går tabt på grund af tab af synkronisering (affasering) i det elektroniske flow og energiafslapning. Magnetisk fluxstøj er en dominerende kilde til affasering og energiafslapning i superledende qubits. Nyligt rapporterede forsøg indikerede, at den skadelige støj skyldes uparede magnetiske defekter på overflader af superledende enheder. Teoretiske forudsigelser udpegede ilt som årsag til støj i disse systemer. I en holdindsats, teoretiske beregninger ved University of California, Irvine og eksperimentelle målinger af deres samarbejdspartnere viste, at adsorberet molekylært oxygen (O2 på overfladerne er den dominerende bidragyder til magnetisk støj til superledende niob og aluminium tynde film.

Mekanismen er relateret til de yderste elektroner i iltmolekylet, der danner en magnetisk spin-1 triplettilstand. Teori og eksperiment blev gentaget for at finde afbødningsstrategier. Overfladebehandling med ammoniak og forbedring af prøvevakuummiljøet reducerede overfladeforureningen dramatisk (til mindre end et iltmolekyle pr. 10 nm2), minimering af magnetisk støj. I røntgenforsøg på Advanced Photon Source, forskere målte undertrykkelsen af ​​magnetisk spin og magnetisk støj. Molekylær ilt blev bekræftet som den ydre støjkilde. Identifikationen af ​​denne kilde forklarer den svage afhængighed af denne type støj af enhedens materialer.

Også, at opdage oprindelsen til denne støj gør ugyldige teorier om støj baseret på defekter ved metal-isolator-grænsefladen ugyldige. Egnet overfladebeskyttelse og forbedringer i vakuumet kan føre til betydelige reduktioner i lavfrekvent magnetisk støj. Denne nye forståelse af oprindelsen til magnetisk fluxstøj kan føre til frekvensindstillelige superledende qubits med forbedrede affasningstider for praktiske kvantecomputere.