Новый метод сможет повысить долговечность сверхпроводящих кубитов

По сообщениям ТАСС, группа физиков во главе с профессором НИТУ «МИСиС» и Технологического института Карлсруэ в Германии Алексея Устинова разработала метод повышения долговечности сверхпроводящих кубитов в квантовых компьютерах. Результаты научной работы были опубликованы в журнале npj Quantum Information.

Предложенный нами подход по обнаружению двухуровневых дефектов может стать важным инструментом в поисках новых сверхпроводящих материалов с низким уровнем потерь. Они критически важны для дальнейшего развития сверхпроводящих квантовых процессоров, работе которых подобные дефекты особенно сильно мешают,

из материалов исследования.

Отличие квантовых компьютеров от классических вычислительных систем заключается в использовании кубитов вместо битов. Кубиты представляют собой ячейки памяти, которые при помощи примитивных вычислительных модуляций могут хранить в себе ноль и единицу одновременно. Это позволяет квантовым компьютерам обрабатывать большие объемы информации на высокой скорости.

Срок службы кубитов ограничен, поскольку случайны взаимодействия с окружающим миром могут вывести их из рабочего состояния и разорвать их связи с соседними ячейками памяти. Для решения этой проблемы физики долгие годы пытались разработать метод изоляции кубитов от окружающей среды.

В основе всех существующих структур в квантовых вычислительных системах лежат переходы Джозефсона, которые представляют собой микроскопические разрывы сверхпроводящей цепи. Пространство этих разрывов заполнено диэлектрическом материалом, который позволяет току протекать через разрыв благодаря эффекту квантового туннелирования. Магнитные поля позволяют осуществлять управление данным процессом. Однако слой диэлектрического материала также является основным источником помех, разрушающих квантовое состояние кубита. Это связано с двухуровневыми дефектами внутри материала, оказывающими влияние на эффект туннелирования и вызывающими потерю энергии у сверхпроводника.

Для предотвращения этого явления, Устинов совместно с коллегами разработал квантовые датчики на основе сверхпроводниковых кубитов, наборов из конденсаторов, а также резонаторов позволяющих обнаруживать двухуровневые дефекты и изучать их свойства. В перспективе такой детектор также сможет подавлять эти дефекты. Специалисты выразили надежду на то, что в будущем им удастся разработать долговечные сверхпроводящие кубиты с их дальнейшим применением для создания новых квантовых компьютеров.