Международная группа учёных из НИТУ «МИСиС» и Технологического института Карлсруэ улучшила надёжность квантовых систем с помощью доступного для производства материала – гранулированного алюминия.
Материал показал превосходную способность гасить шум в сверхпроводящих кубитах. Технология открывает путь к созданию нового типа сверхпроводящих устройств. опубликована статья в Nature Materials.
Сверхпроводники — одни из самых эффективных и перспективных материалов для функционирования современных квантовых цепей.
Малое активное сопротивление приводит к малому сопротивлению переменному току (малому импедансу). Из-за этого кубиты, соединенные в цепь с такими сверхпроводниками, на высоких частотах становятся чувствительны к различным электромагнитным помехам.
Международная группа исследователей, включающая учёных НИТУ «МИСиС» и Технологического института Карлсруэ (Германия), обнаружила сравнительно простой способ защиты сверхпроводящих кубитов от шума. В цепь добавили супериндуктор – сверхпроводниковый элемент с высоким уровнем сопротивления переменному току.
Для создания супериндуктора использовали пленки гранулированного алюминия (grAl), являющегося сверхпроводящим материалом, состоящим из наноразмерных зерен чистого алюминия и аморфного оксида алюминия. Сам материал считался сверхпроводником ещё со второй половины XX века, но его свойства в высокочастотном диапазоне (в котором работают квантовые системы) не изучались до недавнего времени.
В эксперименте использовались пленки grAl как в кубите, так и в резонаторе – компоненте, считывающем состояние кубита. Из-за алюминия в джозефсоновских контактах кубита цепь вместе с супериндукторами удалось изготовить за один технологический проход.
Простая конструкция цепи предоставляет заметное преимущество по сравнению с предыдущими супериндукторами, состоявшими из множества сверхпроводящих элементов с более низким сопротивлением переменному току. Для достижения высокого комплексного сопротивления эти элементы объединяли в крупные массивы, что усложняло архитектуру квантовой цепи.
Использование гранулированного алюминия в качестве супериндуктора позволило защитить сверхпроводящий кубит от шума и помех, не повлияв на его работу (не нарушив квантовую когерентность).
Разработка открывает возможности для проектирования широкого ряда новых и более эффективных квантовых систем: от защищенных цепей обработки информации до фотонных детекторов для космической отрасли.
