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 Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Пока одни исследователи, включая российских, отрицают само наличие угрозы микропластика для мозга, другие продолжают собирать данные по этому вопросу. Более того: они даже предложили способ снизить угрозу для мозга за счет фильтрации крови от частиц пластика.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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