Nästa generation av datorer och informationsbehandling ligger i kvantmekanikens spännande värld. Kvantdatorer förväntas kunna lösa stora, extremt komplexa problem som ligger utanför dagens kraftfullaste superdatorers kapacitet.

Nya forskningsverktyg behövs för att avancera området och fullt ut utveckla kvantdatorer. Nu har forskare vid Northwestern University utvecklat och testat ett teoretiskt verktyg för att analysera stora supraledande kretsar. Dessa kretsar använder supraledande kvantbitar, eller qubits, de minsta enheterna i en kvantdator, att lagra information.

Kretsstorleken är viktig eftersom skydd mot skadligt brus tenderar att komma på bekostnad av ökad kretskomplexitet. För närvarande finns det få verktyg som hanterar modellering av stora kretsar, gör Northwestern-metoden till ett viktigt bidrag till forskarsamhället.

"Vårt ramverk är inspirerat av metoder som ursprungligen utvecklades för studier av elektroner i kristaller och låter oss få kvantitativa förutsägelser för kretsar som tidigare var svåra eller omöjliga att komma åt, sa Daniel Weiss, motsvarande och första författare till tidningen. Han är en fjärdeårs doktorand i forskargruppen för Jens Koch, en expert på supraledande qubits.

Koch, en docent i fysik och astronomi vid Weinberg College of Arts and Sciences, är medlem i Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS) och Co-design Center for Quantum Advantage (C ² QA). Båda nationella centra etablerades förra året av U.S. Department of Energy (DOE). SQMS är inriktat på att bygga och distribuera en kvantdator som ligger bortom toppmodern baserad på supraledande teknologier. C ² QA bygger de grundläggande verktyg som krävs för att skapa skalbara, distribuerade och feltoleranta kvantdatorsystem.

"Vi är glada över att bidra till uppdragen som dessa två DOE-centra utför och att lägga till Northwesterns synlighet inom området kvantinformationsvetenskap, sa Koch.

I deras studie, forskarna i Northwestern illustrerar användningen av deras teoretiska verktyg genom att extrahera kvantitativ information från en skyddad krets som inte gick att få tag på med standardtekniker.

Detaljer publicerades idag (13 september) i tidskriften med öppen tillgång Physical Review Research .

Forskarna studerade specifikt skyddade qubits. Dessa qubits är designade skyddade från skadligt brus och skulle kunna ge koherenstider (hur länge kvantinformation bevaras) som är mycket längre än nuvarande toppmoderna qubits.

Dessa supraledande kretsar är nödvändigtvis stora, och Northwestern-verktyget är ett sätt att kvantifiera beteendet hos dessa kretsar. Det finns några befintliga verktyg som kan analysera stora supraledande kretsar, men var och en fungerar bara bra när vissa villkor är uppfyllda. Northwestern-metoden är komplementär och fungerar bra när dessa andra verktyg kan ge suboptimala resultat.

Titeln på uppsatsen är "Variationell tätt bindande metod för att simulera stora supraledande kretsar."