Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура


Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура

Оптични изображения на корпус и верига на кухината. (A) Основа на корпуса с кухина, централна колона и четири заострени проходни отвора за достъп до окабеляване извън равнината. (B) Капак на корпуса с централна цилиндрична вдлъбнатина и идентични проходни отвори за окабеляване извън равнината. (C) Цилиндрична вдлъбнатина в капака, пълна с топка индий. (D) (Сива скала) Четирикубитова верига, монтирана в основата на корпуса. Виждат се четирите кубита, подредени в квадратна решетка с разстояние от 2 mm. (E) Спирален резонатор и (F) трансмонен кубит с идентични размери на електрода с тези в устройството. кредит: Научни постижения (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

В нов доклад, който сега е публикуван в Научни постиженияПитър А. Спринг и екип от учени по физика в Оксфордския университет описаха кохерентност на кубита и ниски кръстосани смущения и грешки на единичен кубит в свръхпроводящата кубитова архитектура, подходяща за двуизмерни (2D) решетки на кубити. Експерименталната инсталация включваше индуктивно шунтирана кухина с негалванично, извън равнинно управляващо окабеляване, кубити и резонатори, произведени от противоположните страни на субстрата. Учените разработиха устройство за доказателство на концепцията, включващо четири несвързани трансмон кубити, т.е. свръхпроводящ зареден кубит с намалена чувствителност към шум от заряда, за да покаже специфични характеристики, измерени чрез едновременен рандомизиран сравнителен анализ. Триизмерната интегрирана природа на контролното окабеляване позволи на кубита да остане адресируем, тъй като архитектурата формира по-големи решетки на кубита.

Квантов архитект

Усилията за изграждане на триизмерни (3D) решетки с множество затворени силно кохерентни кубити са изключителни хардуерно предизвикателство. Изследователите са разработили по-рано свръхпроводящи вериги като обещаваща платформа за реализиране на такива решетки и формиране на универсален комплект порти. Обикновено трябва да бъдат изпълнени два набора изисквания, за да се мащабират такива свръхпроводящи решетки, включително метод за насочване на контролното окабеляване към веригата, което позволява на всички кубити да останат адресируеми и измерими, като същевременно се предотвратява ниска честота фалшиви режими от възникване във веригата с увеличаващи се размери. Процесът на мащабиране също трябва да предотвратява декохерентните канали към кубити и да бъде съвместим с точността на портата извън прага на кодовете за квантова корекция на грешки. Физиците преди това са преодолявали ограниченията на окабеляването на ръбово свързани вериги чрез 3D интегрирано окабеляване за управление като практично решение. Като алтернатива, веригите могат да бъдат затворени в индуктивно шунтирани кухини в две измерения с гранична честота до режими на кухина. Spring et al представиха експериментални резултати по отношение на последната концепция на четирикубитова схема за доказване на принципа, където архитектурата на веригата включваше 3D интегрирано извън равнината контролно окабеляване, кубити и резонатори за отчитане, произведени от противоположните страни на субстрата. Екипът също така включи ключова нова функция за съвместимост с времена на кохерентност на трансмон, надвишаващи 100 µs, ниски кръстосани смущения и грешки на единичен кубит.

Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура

Схеми на устройствата. (A) Напречно сечение на дизайна на окабеляване извън равнината (не в мащаб), тук е показано адресиране на кубит. PTFE, политетрафлуоретилен. (B) Напречно сечение на обема чрез индуктивен шунтов дизайн (в мащаб). Проектираните размери са показани в микрометри. (C) Илюстрация на схемата (не в мащаб). Подложката и корпусът са частично показани, а окабеляването извън равнината е показано за Q2. Примери за термините на свързване и задвижващите напрежения в Хамилтониана. кредит: Научни постижения (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура

Характеризиране на релаксацията на кубит. (A) Двеста петдесет и едно последователни измервания на T1 за приблизително 12-часов период. (B) Резултатни хистограми на Т1. Вмъкването показва примерна времева следа T1 за Q3 и последователността на измервателните импулси. Четирите кубита бяха измерени едновременно; данните са показани на две графики за четливост. кредит: Научни постижения (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

Архитектура на устройството и характеризиране на кръстосаните разговори

Изследователите получиха изображения на корпуса и веригата на кухината, където основата на корпуса поддържаше един централен “стълб” и капак, съдържащ съответстваща цилиндрична вдлъбнатина, пълна с топка от индий. Те подредиха четирите коаксиални трансмон кубита в решетка 2 x 2 с разстояние от 2 mm и след това приложиха дизайн на окабеляване извън равнината с дизайн на индуктивен шунт и схема на веригата, където всеки резонатор беше коаксиално подравнен и капацитивно свързан, към кубит. Настройката позволяваше на кубит електродите да бъдат “електрически плаващи”. Екипът получи основните параметри на веригата и характеризира кръстосаните разговори на устройството, където устройството беше доказателство за принципна демонстрация на архитектурата на веригата без умишлено свързване, освен между двойки кубит-резонатор. В резултат на това Spring et al идентифицираха всички други връзки като нежелани кръстосани смущения. След това екипът дефинира термините на кръстосаните разговори и обобщава експерименталните и симулирани паразитни напречни връзки в устройството, последвано от експериментални измервания на кубит контролна линия селективност и селективност на контролната линия на резонатора. Те също така измерват паразитното свързване кубит-резонатор, за да разберат паразитното дисперсионно изместване между кубит и резонатор. Следва сингълкубит рандомизиран сравнителен анализ изпълнява се на всичките четири кубита поотделно и едновременно. Екипът проведе всеки от 31 x 80 експеримента, 5000 пъти, за да изгради статистика и представи получените грешки за физически порти, а също така извърши корелиран рандомизиран сравнителен анализ въз основа на едновременни експериментални данни. За симулации на структура на лентата, Spring et al анализираха високочестотен структурен симулатор модел на единична клетка, която съдържа идеални размери на централната област на устройството 2 mm x 2 mm. След това те картографират структурата на лентата по време на симулациите, докато събират подробности за аналитичната гранична честота, кривината на лентата и прогнозите за плазмената кожа и дълбочината в рамките на настройката.

  • Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура

    Характеризиране на кръстосаните разговори. (A) Експериментално измерена селективност на кубит контролна линия φqij=(εqij/εqjj)2 от кубит i до кубит контролна линия j, изразена в единици dB като 10log10(φqij) . (B) Експериментално измерена селективност на контролната линия на резонатора φrij=(εrij/εrjj)2 от резонатор i до резонаторна контролна линия j, изразена в единици dB като 10log10(φrij) . (C) Честотно изменение в Q1, установено от 20 повторни експеримента на Рамзи, или без задвижване на резонатор, или с непрекъснато задвижване, приложено към R2, R3 или R4 с честота ωr, j, което го запълва с номер на фотон n¯j от при най-малко nlow, j ≝ ncrit, j/10. кредит: Научни постижения (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

  • Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура

    . Симулация на структура на лентата. (A) HFSS модел на единична клетка, включваща един адресируем и измерим кубит (4 × 1/4) и един стълб, който индуктивно шунтира заграждението. Единичната клетка има идентични размери с централната област 2 mm на 2 mm на устройството, измерена в тази работа. (B) Симулирана дисперсия на най-ниската лента за безкрайното заграждение, образувано чрез облицовка на равнината с единична клетка, с (твърда) и без (пунктирана) индуктивно маневрения стълб и свързания отвор на субстрата. Вълновият вектор k проследява между точките на симетрия Γ : (kx = 0, ky = 0), X : (kx = π/a, ky = 0), M : (kx = π/a, ky = π/a) . Цветните криви показват прогнозираната кривина около точката Γ с (червено) и без (синьо) индуктивно маневрения стълб и свързания отвор на субстрата, без да се използват параметри за свободно прилягане. кредит: Научни постижения (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

Outlook

По този начин Питър А. Спринг и колегите му анализираха средните времена на кохерентност на кубита и едновременната точност на порта с един кубит в демонстрация на четири кубита на 3D свръхпроводяща верига. Преди включването на веригата за свързване на кубит, екипът силно потисна остатъчните кръстосани смущения на настройката. Предвиденото оптимизирано устройство е приложимо за изследване на свързани грешки, генерирани от високоенергийно излъчване в решетки от кубити с висока кохерентност и експоненциално потиснати кръстосани смущения. Настоящата архитектура съдържаше индуктивно шунтирана кухина, плътно обграждаща веригата, комбинирана с 3D интегрирано окабеляване за управление извън равнината и резонатори за отчитане на обратната страна. Резултатите подчертаха ниските кръстосани разговори на експериментална настройка. Пакетът на кутията може да се използва повторно чрез промяна на формата на индиевата топка в вдлъбнатината на капака; веригата обаче не беше свързана към корпуса и поради това не можеше да бъде отстранена и монтирана отново. Учените подчертаха няколко недостатъка на представеното устройство, включително малките и променливи скорости на разпадане на външния резонатор и дисперсионните измествания, които не бяха оптимални за кубит показания. Spring et al. приписва повишената съгласуваност в настройката на процеса на производство, който се различава от предишни реализации на архитектурата.


Предложена е по-бърза техника за нулиране на квантови вериги


Повече информация:
Peter A. Spring et al, Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в плочки 3D интегрирана архитектура на свръхпроводяща верига, Научни постижения (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

G. Fowler et al, Повърхностни кодове: към практически мащабни квантови изчисления, Физически преглед А (2012). DOI: 10.1103 / PhysRevA.86.032324

© 2022 Science X Network

Цитат: Висока кохерентност и ниски кръстосани смущения в свръхпроводяща кубитова архитектура (2022 г., 29 април), извлечена на 5 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-04-high-coherence-cross-talk-superconducting-qubit. html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.