Квантовым компьютерам потребуется защита из алюминия

Новости МирТесен

Ученые из НИТУ «МИСиС» и Технологического института Карлсруэ (Германия), объединив усилия, разработали метод повышения надежности квантовых систем, используя гранулированный алюминий – материал, отличающийся простотой изготовления.

Материал показал высокие показатели звукоизоляции для сверхпроводящих кубитов. Это технология, которая открывает возможности для разработки нового поколения сверхпроводящих устройств, опубликована статья в Nature Materials.

Сверхпроводящие материалы считаются одними из наиболее действенных и многообещающих компонентов для функционирования современных квантовых схем, где минимальное сопротивление постоянному току играет ключевую роль в поддержании квантовых характеристик и общей эффективности системы.

Однако, свойство низкого активного сопротивления влечет за собой снижение импеданса (сопротивления переменному току), что делает кубиты – базовые элементы квантового компьютера – при работе на высоких частотах восприимчивыми к внешним электромагнитным воздействиям.

Группа ученых из НИТУ «МИСиС» и Технологического института Карлсруэ (Германия) разработала относительно несложный метод защиты сверхпроводящих кубитов от помех. В качестве решения предложено включение в цепь супериндуктора – сверхпроводящего компонента с повышенным сопротивлением переменному току.

В роли основы для супериндуктора выступили пленки гранулированного алюминия (grAl), представляющие собой сверхпроводящий материал. Он состоит из смеси наночастиц чистого алюминия и аморфного оксида этого металла. Хотя этот тип материала известен как проводник с середины прошлого века, его свойства при работе на высоких частотах – характерных для квантовых систем – до недавнего времени оставались малоизученными.

«В ходе эксперимента пленки grAl были интегрированы как в сам кубит, так и в резонатор, выполняющий функцию считывания состояния кубита. Использование алюминия в джозефсоновских контактах позволило создать цепь совместно с супериндукторами в рамках одного технологического цикла, как отмечает Алексей Устинов, один из авторов исследования, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС», руководитель группы Российского квантового центра и профессор Технологического института Карлсруэ.

Более простая технология создания цепи обеспечивает значительное преимущество перед предыдущими супериндукторами. Ранее они изготавливались из множества сверхпроводящих компонентов с пониженным сопротивлением переменному току. Чтобы обеспечить высокое комплексное сопротивление, эти компоненты необходимо было объединять в крупные массивы, что существенно усложняло структуру квантовой цепи.

Благодаря применению гранулированного алюминия в роли супериндуктора, удалось обеспечить защиту сверхпроводящего кубита от шума и помех, сохранив при этом его работоспособность и квантовую когерентность. По словам исследователей, эта разработка позволяет создавать разнообразные, более эффективные квантовые системы, включая защищенные цепи обработки информации и фотонные детекторы для космической отрасли.