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.
Для обеспечения работы современных квантовых схем, где крайне важно сохранение квантовых свойств и производительности системы, сверхпроводники представляют собой одни из самых эффективных и многообещающих материалов благодаря их низкому активному сопротивлению постоянному току.
Небольшое активное сопротивление обуславливает низкое сопротивление переменному току, или низкий импеданс. В результате кубиты, соединенные с такими сверхпроводниками в одной цепи, становятся чувствительны к внешним электромагнитным помехам на высоких частотах.
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.
Для изготовления супериндуктора использовали пленки гранулированного алюминия (grAl) – сверхпроводящего материала, состоящего из смеси наноразмерных зерен чистого алюминия и аморфного оксида алюминия. Этот материал известен как сверхпроводник с середины XX века, но его свойства в высокочастотном диапазоне, характерном для квантовых систем, до недавнего времени не исследовались.
«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.