Ученые продлили время работы сверхпроводящих квантовых устройств
Ученые Йельского университета и Национальной лаборатории Брукхейвена повысили время работы сверхпроводящих квантовых устройств за счет нового подхода к дизайну микросхем и выбору материалов. Новая парадигма позволила увеличить время когерентности кубитов до одной миллисекунды. Результаты опубликованы в журнале Nature communications.
Ученые Йельского университета и Национальной лаборатории Брукхейвена повысили время работы сверхпроводящих квантовых устройств за счет нового подхода к дизайну микросхем и выбору материалов. Новая парадигма позволила увеличить время когерентности кубитов до одной миллисекунды. Результаты опубликованы в журнале Nature Сommunications.
Квантовые компьютеры сегодня создаются на сверхпроводящих материалах. Квантовые вычисления основаны на использовании кубитов — единиц запоминания информации, способных принимать значение ноль, один и суперпозицию этих значений, являться одновременно нулем и единицей. В этой парадигме вычисления значительно ускоряются. Материалы, используемые для создания квантовых компьютеров, позволяют использовать также и явление сверхпроводимости — обеспечивать протекание электрического тока без потерь. Однако не все проблемы минимизируются сверхпроводимостью.
Вопросы рассеяния энергии критичны для квантовых компьютеров. Оно мешает кубитам оставаться в рабочем режиме. Когерентность — состояние, в котором кубиты способны работать с максимальной продуктивностью, — приходится поддерживать, в том числе за счет уменьшения вычислительных мощностей всего компьютера. Поэтому для развития квантовых вычислений важно найти способы сохранения когерентного состояния как можно дольше.
Ученые сосредоточились на изучении механизмов потерь энергии в сверхпроводящих квантовых схемах. Было известно, что использование тантала позволяет удерживать когерентность кубитов до трех десятых миллисекунды. Исследователи выявили, что сочетание очищенной обжигом сапфировой подложки и тантала значительно снижает энергетические потери на поверхности и в объеме диэлектриков. Использование тантала обеспечивает высокое качество переходов между слоями, составляющими кубиты, металл улучшает качество поверхности и, как следствие, интерфейсов с другими материалами. Отжиг сапфировых подложек при 1200 °С при постоянной подаче кислорода приводит к значительному снижению диэлектрических потерь в объеме готового кубита. Экспериментальные данные, полученные для структур из тантала и алюминия, подтвердили теоретические расчеты.
Кроме того, исследователи оптимизировали геометрию устройств. Кубит составили из трех тонкопленочных сверхпроводящих полос, нанесенных на подложку. Полосы были расположены так, чтобы можно было не только количественно оценить потерю энергии, но и определить, где она происходит. Благодаря выбранной архитектуре удалось точно различить поверхностные потери и объемные диэлектрические потери.
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 трех десятых миллисекунды до одной миллисекунды.
Исследования по характеристике потерь, представленные в этой работе, показали четкие и реалистичные пути для улучшения когерентности в сверхпроводящих кубитах. Разработка более специализированных архитектур и процессов или использование материалов с изначально меньшими потерями в четко идентифицируемой области кубитов критически важны для повышения когерентности системы. Кроме того, снижение поверхностных потерь должно сопровождаться оптимизацией объемных диэлектрических потерь, чего позволяет добиться проектирование микросхем с учетом потерь энергии.
Telegram 
Дзен 
VK Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Британские экологи выяснили, что большинство людей не догадываются о вреде солнцезащитных кремов для Мирового океана. Обзор научной литературы и локальный уличный опрос наглядно продемонстрировали разрыв между реальными экологическими угрозами и повседневными привычками покупателей.
Две международные группы антропологов изучили кости денисовцев, поднятые со дна у берегов Тайваня, и по ним смогли оценить рост этих древних людей, а также восстановить особенности их среды обитания и состав рациона. Раньше представления о денисовцах в значительной степени основывались на древней ДНК и небольшом числе ископаемых останков. Новые сведения заметно расширили эти знания: теперь ученые получили возможность больше узнать об их анатомии и образе жизни.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Британские экологи выяснили, что большинство людей не догадываются о вреде солнцезащитных кремов для Мирового океана. Обзор научной литературы и локальный уличный опрос наглядно продемонстрировали разрыв между реальными экологическими угрозами и повседневными привычками покупателей.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии