Новый подход к увеличению времени когерентности

Исследователи из Йельского университета и Национальной лаборатории Брукхейвена смогли увеличить время работы сверхпроводящих квантовых устройств. Они разработали новый дизайн микросхем и подобрали материалы, что позволило повысить время когерентного состояния кубитов до одной миллисекунды.Это достижение открывает новые перспективы для развития квантовых вычислений. Квантовые вычисления основаны на использовании кубитов — единиц запоминания информации, способных принимать значение ноль, один и суперпозицию этих значений. Материалы, используемые для создания квантовых компьютеров, позволяют также использовать явление сверхпроводимости. Однако не все проблемы минимизируются сверхпроводимостью. Одной из главных проблем является рассеяние энергии, которое мешает кубитам оставаться в рабочем режиме.Для сохранения когерентного состояния как можно дольше учёные сосредоточились на изучении механизмов потерь энергии в сверхпроводящих схемах. Было известно, что использование тантала позволяет удерживать когерентность кубитов до трёх десятых миллисекунды. Исследователи выявили, что сочетание очищенной обжигом сапфировой подложки и тантала значительно снижает энергетические потери на поверхности и в объёме диэлектриков. Отжиг сапфировых подложек при 1200 °С при постоянной подаче кислорода приводит к значительному снижению диэлектрических потерь в готовом кубите. Экспериментальные данные, полученные для структур из тантала и алюминия, подтвердили теоретические расчёты.Кроме того, исследователи оптимизировали геометрию устройств. Кубит составили из трёх тонкоплёночных сверхпроводящих полос, нанесённых на подложку. Полосы были расположены так, чтобы можно было не только количественно оценить потерю энергии, но и определить, где она происходит. В результате была составлена структура, позволяющая в рамках существующих техпроцессов располагать на одной микросхеме несколько кубитов с улучшенными характеристиками.Полученные запоминающие элементы имеют временной промежуток между сигналами в процессе определения когерентности в диапазоне от 2,0 до 2,7 миллисекунды, что ограничивается временем релаксации энергии от 1,0 до 1,4 миллисекунды. Эти результаты значительно превосходят предыдущие достижения в области квантовой памяти на тонкопленочных устройствах. Новый подход позволил в три раза увеличить время состояния когерентности — с трёх десятых миллисекунды до одной миллисекунды.

Исследователи из Йельского университета и Национальной лаборатории Брукхейвена смогли увеличить время работы сверхпроводящих квантовых устройств.

Они разработали новый дизайн микросхем и подобрали материалы, что позволило повысить время когерентного состояния кубитов до одной миллисекунды.

Это достижение открывает новые перспективы для развития квантовых вычислений.

Квантовые вычисления основаны на использовании кубитов — единиц запоминания информации, способных принимать значение ноль, один и суперпозицию этих значений.

Материалы, используемые для создания квантовых компьютеров, позволяют также использовать явление сверхпроводимости. Однако не все проблемы минимизируются сверхпроводимостью.

Одной из главных проблем является рассеяние энергии, которое мешает кубитам оставаться в рабочем режиме.

Для сохранения когерентного состояния как можно дольше учёные сосредоточились на изучении механизмов потерь энергии в сверхпроводящих схемах. Было известно, что использование тантала позволяет удерживать когерентность кубитов до трёх десятых миллисекунды.

Исследователи выявили, что сочетание очищенной обжигом сапфировой подложки и тантала значительно снижает энергетические потери на поверхности и в объёме диэлектриков.

Отжиг сапфировых подожек при 1200 °C при постоянной подаче кислорода приводит к значительному снижению диэлектрических потерь в готовом кубите.

Экспериментальные данные, полученные для структур из тантала и алюминия, подтвердили

теоретические расчёты.

Кроме того, исследователи оптимизировали геометрию устройств.

Кубит составили из трёх тонкоплёночных сверхпроводящих полос, нанесённых на подложку. Полосы были расположены так, чтобы можно было не только количественно оценить потерю энергии, но и определить, где она происходит.

В результате была составлена структура, позволяющая располагать на одной микросхеме несколько кубитов с улучшенными характеристиками.

Полученные запоминающие элементы имеют временной промежуток между сигналами в процессе определения когерентности в диапазоне от 2,0 до 2,7 миллисекунды, что ограничивается временем релаксации энергии от 1,0 до 1,4 миллисекунды.

Эти результаты значительно превосходят предыдущие достижения в области квантовой памяти на тонкоплёночных устройствах.

Новый подход позволил в три раза увеличить время состояния когерентности — с трёх десятых миллисекунды до одной миллисекунды.