Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να επεξεργάζονται πιο γρήγορα μεγάλες ποσότητες δεδομένων επειδή εκτελούν πολλά υπολογιστικά βήματα παράλληλα. Ο φορέας πληροφοριών του κβαντικού υπολογιστή είναι ένα qubit. Τα Qubit δεν διαθέτουν μόνο τις πληροφορίες του «0» και του «1», αλλά και τιμές μεταξύ τους. Ωστόσο, η δυσκολία συνίσταται στην παραγωγή qubits που είναι αρκετά μικρά και μπορούν να εναλλάσσονται αρκετά γρήγορα για να εκτελούν κβαντικούς υπολογισμούς.
Τα υπεραγώγιμα κυκλώματα είναι μια πολλά υποσχόμενη επιλογή. Οι υπεραγωγοί είναι υλικά που δεν έχουν ηλεκτρική αντίσταση σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και, ως εκ τούτου, άγει ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς απώλειες. Αυτό είναι σημαντικό για τη διατήρηση της κβαντικής κατάστασης του qubits και να τα συνδέσετε αποτελεσματικά.
Κουμπιτ γραμμωνίου: Υπεραγώγιμα και ευαίσθητα
Οι ερευνητές του KIT έχουν επιτύχει τώρα να αναπτύξουν νέα, μη συμβατικά υπεραγώγιμα qubits. «Ο πυρήνας ενός υπεραγώγιμου qubit είναι μια λεγόμενη διασταύρωση Josephson που χρησιμεύει για την αποθήκευση κβαντικών πληροφοριών. Εδώ, κάναμε μια κρίσιμη τροποποίηση», λέει ο Δρ. Ioan M. Pop από το Ινστιτούτο Κβαντικών Υλικών και Τεχνολογιών του KIT (IQMT).
Κατά κανόνα, τέτοιες συνδέσεις Josephson για υπεραγώγιμα κβαντικά δυαδικά ψηφία λαμβάνονται από ένα λεπτό φράγμα οξειδίου που χωρίζει δύο στρώματα αλουμινίου. «Για τα qubits μας, χρησιμοποιούμε ένα μόνο στρώμα κοκκώδους αλουμινίου, έναν υπεραγωγό κατασκευασμένο από κόκκους αλουμινίου μεγέθους λίγων νανόμετρων που είναι ενσωματωμένοι σε μια μήτρα οξειδίου», λέει ο Pop. Στη συνέχεια, το υλικό αυτοδομείται σε ένα τρισδιάστατο δίκτυο κόμβων Josephson.
«Είναι συναρπαστικό να βλέπουμε ότι όλες οι ιδιότητες του qubit μας κυριαρχούνται από μια πολύ μικρή διασταύρωση μόνο 20 nm. Κατά συνέπεια, λειτουργεί σαν μεγεθυντικός φακός ελαττωμάτων μικροσκοπικού υλικού σε υπεραγώγιμα qubits και προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη επιλογή για βελτίωση», προσθέτει ο Simon Günzler, IQMT.
Τα Qubits είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένα από κοκκώδες αλουμίνιο
Η πρόοδος που επιτεύχθηκε από την ομάδα βασίζεται σε μια προηγουμένως δοκιμασμένη προσέγγιση χρησιμοποιώντας τα λεγόμενα qubits fluxonium. Μέρη αυτής της προκατόχου έκδοσης ήταν κατασκευασμένα από κοκκώδες αλουμίνιο, ενώ άλλα αποτελούνταν από συμβατικό αλουμίνιο. Τώρα, όλα τα qubits είναι κατασκευασμένα από κοκκώδες αλουμίνιο. «Και αν ένα κβαντικό κύκλωμα μπορούσε να αποκοπεί από ένα μεταλλικό φιλμ, αυτό έχει ως αποτέλεσμα εντελώς νέες ευκαιρίες για βιομηχανική παραγωγή με διεργασίες χάραξης και εκτεταμένη εφαρμογή qubits, για παράδειγμα στο ισχυρά μαγνητικά πεδία», λέει ο Dennis Rieger από το Physikalisches Institut του KIT.
