یونیمون، یک کیوبیت جدید برای تقویت کامپیوترهای کوانتومی برای کاربردهای مفید

15 نوامبر 2022 -توسط دانشگاه آلتو -برداشت هنری یک کیوبیت یونیمون در یک پردازنده کوانتومی. اعتبار: الکساندر کاکینن

گروهی از دانشمندان دانشگاه آلتو، کامپیوترهای کوانتومی IQM و مرکز تحقیقات فنی VTT یک کیوبیت ابررسانا جدید به نام یونیمون کشف کرده‌اند تا دقت محاسبات کوانتومی را افزایش دهند. این تیم به اولین دروازه‌های منطقی کوانتومی با یونیمون‌ها با وفاداری 99.9 درصد دست یافته است که نقطه عطفی در تلاش برای ساخت رایانه‌های کوانتومی مفید تجاری است. این تحقیق به تازگی در مجله Nature Communications منتشر شده است.

در میان تمام رویکردهای مختلف برای ساخت رایانه‌های کوانتومی مفید، کیوبیت‌های ابررسانا پیشتاز هستند. با این حال، طرح‌ها و تکنیک‌های کیوبیتی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند، هنوز کارایی بالایی برای کاربردهای عملی ارائه نمی‌دهند. در این دوره پر سر و صدای کوانتومی مقیاس متوسط ​​(NISQ)، پیچیدگی محاسبات کوانتومی قابل پیاده سازی عمدتاً توسط خطاها در دروازه های کوانتومی تک و دو کیوبیتی محدود می شود. محاسبات کوانتومی باید دقیق تر شوند تا مفید باشند.

پروفسور Mikko Möttönen، استاد مشترک کوانتومی، گفت: “هدف ما ساخت رایانه های کوانتومی است که در حل مسائل دنیای واقعی مزیت ایجاد می کنند. اعلام امروز ما نقطه عطف مهمی برای IQM و یک دستاورد مهم برای ساخت رایانه های کوانتومی ابررسانا بهتر است.”

امروزه Aalto، IQM و VTT یک نوع جدید ابررسانا-کیوبیت به نام یونیمون را معرفی کرده اند که در یک مدار ویژگی های مورد نظر افزایش ناهماهنگی، عدم حساسیت کامل به نویز شارژ dc، حساسیت کاهش یافته به نویز مغناطیسی و ساختاری ساده را با هم ترکیب می کند. تنها از یک اتصال جوزفسون در یک تشدید کننده. این تیم به وفاداری از 99.8٪ تا 99.9٪ برای دروازه های تک کیوبیتی 13 نانوثانیه در سه کیوبیت یونیمون مختلف دست یافت.

Eric Hyyppä که در حال کار بر روی Ph.D خود است، می‌گوید: «به دلیل ناهماهنگی یا غیرخطی بودن بالاتر نسبت به ترانسمون‌ها، ما می‌توانیم یونیمون‌ها را سریع‌تر کار کنیم که منجر به خطاهای کمتری در هر عملیات می‌شود.»

برای نشان دادن تجربی یونیمون، دانشمندان تراشه هایی را طراحی و ساختند که هر کدام از سه کیوبیت یونیمون تشکیل شده بود. آنها از نیوبیم به عنوان ماده ابررسانا جدا از اتصالات جوزفسون استفاده کردند که در آن سرنخ های ابررسانا با استفاده از آلومینیوم ساخته می شدند.

این تیم، کیوبیت یونیمون را اندازه‌گیری کرد تا ناهماهنگی نسبتاً بالایی داشته باشد، در حالی که فقط به یک اتصال جوزفسون بدون هیچ ابرالقایی نیاز داشت و دارای محافظت در برابر نویز بود. اندوکتانس هندسی یونیمون پتانسیل پیش بینی پذیری و تسلیم بالاتری نسبت به ابر القاگرهای مبتنی بر آرایه اتصال در فلوکسونیوم یا کیوبیت های کوارتونی معمولی دارد.

پروفسور Möttönen:

“یونیمون ها بسیار ساده هستند و در عین حال مزایای زیادی نسبت به ترنسمون ها دارند. این واقعیت که اولین یونیمون ساخته شده به خوبی کار کرد، فضای زیادی برای بهینه سازی و پیشرفت های بزرگ فراهم می کند. در مراحل بعدی، ما باید طراحی را برای محافظت از نویز بالاتر بهینه کنیم. و دروازه های دو کیوبیتی را نشان دهید.”

هدف ما بهبود بیشتر در طراحی، مواد و زمان دروازه یونیمون برای شکستن هدف وفاداری 99.99 درصد برای مزیت کوانتومی مفید با سیستم‌های پر سر و صدا و تصحیح خطای کوانتومی کارآمد است. این روز بسیار هیجان‌انگیزی برای محاسبات کوانتومی است..