I en ny rapport som nu publicerats i Science Advances , Peter A. Spring och ett team av forskare i fysik vid Oxford University beskrev qubit-koherens och låga överhörnings- och en-qubit-grindfel i supraledande qubit-arkitektur, lämpad för tvådimensionella (2D) gitter av qubits. Den experimentella uppställningen involverade ett induktivt shuntat hålrumsinneslutning med icke-galvaniska styrledningar utanför planet, qubits och resonatorer tillverkade på motsatta sidor av ett substrat. Forskarna utvecklade en proof-of-concept-enhet med fyra okopplade transmon-qubits, d.v.s. en supraledande laddad qubit med reducerad känslighet för laddningsbrus, för att uppvisa specifika egenskaper som mäts via samtidig randomiserad benchmarking. Styrkablarnas tredimensionella integrerade karaktär gjorde att qubiten kunde förbli adresserbar eftersom arkitekturen bildade större qubit-gitter.

Kvantarkitekt

Ansträngningar att bygga tredimensionella (3D) gitter med mängder av mycket koherenta qubits inneslutna är en enastående hårdvaruutmaning. Forskare har tidigare utvecklat supraledande kretsar som en lovande plattform för att realisera sådana gitter och bilda en universell grinduppsättning. Typiskt måste två uppsättningar krav uppfyllas för att skala sådana supraledande gitter, inklusive en metod för att dirigera styrledningar till kretsen som tillåter alla qubits att förbli adresserbara och mätbara, samtidigt som det förhindrar lågfrekventa falska lägen från att dyka upp i kretsen med ökande dimensioner. Skalningsprocessen bör också förhindra dekoherenskanaler till kvantbitar och vara kompatibel med grindtrohet bortom tröskeln för kvantfelskorrigeringskoder. Fysiker hade tidigare övervunnit ledningsgränserna för kantanslutna kretsar via 3D-integrerad styrledning som en praktisk lösning. Alternativt kan kretsar inneslutas i induktivt shuntade kaviteter i två dimensioner med en gränsfrekvens till kavitetslägen. Spring et al presenterade experimentella resultat i förhållande till det senare konceptet på en principbeviskrets med fyra qubit, där kretsarkitekturen innehöll 3D-integrerad styrledning utanför planet, qubits och utläsningsresonatorer tillverkade på motsatta sidor av ett substrat. Teamet inkluderade också en viktig ny funktion för kompatibilitet med transmonkoherenstider, överstigande 100 µs, låg överhörning och en-qubit-grindfel.

Forskarna fick bilder av kavitetens hölje och krets, där höljets bas bibehöll en enda central "pelare" och ett lock som innehöll en matchande cylindrisk fördjupning fylld med en kula av indium. De arrangerade de fyra koaxiala transmon-qubitarna i ett 2 x 2 gitter med 2 mm avstånd och implementerade sedan en ledningsdesign utanför planet med induktiv shuntdesign och en kretslayout, där varje resonator var koaxiellt inriktad med och kapacitivt kopplad, till en qubit. Inställningen gjorde det möjligt för qubit-elektroderna att vara "elektriskt flytande". Teamet fick de grundläggande kretsparametrarna och karakteriserade överhörning av enheten, där enheten var en principiell demonstration av kretsarkitekturen utan avsiktliga kopplingar, förutom mellan qubit-resonatorpar. Som ett resultat identifierade Spring et al alla andra kopplingar som oönskad överhörning. Teamet definierade sedan villkoren för överhörning och sammanfattade de experimentella och simulerade parasitära tvärgående kopplingarna i enheten följt av experimentella mätningar av qubit-kontrolllinjeselektivitet och resonatorkontrolllinjeselektivitet. De mätte också den parasitiska qubit-resonatorkopplingen för att förstå den parasitiska dispersiva skiftet mellan qubit och resonator. Följt av en qubit randomiserad benchmarking utförd på alla fyra qubits separat och samtidigt. Teamet genomförde vart och ett av de 31 x 80 experimenten, 5 000 gånger för att bygga statistik och presenterade de resulterande fel-per-fysiska grindarna, och utförde även korrelerad randomiserad benchmarking baserad på samtidiga experimentella data. För bandstruktursimuleringar analyserade Spring et al den högfrekventa struktursimulatormodellen av en enhetscell som innehöll idealiska dimensioner för enhetens centrala 2 mm x 2 mm-region. De kartlade sedan bandstrukturen under simuleringar samtidigt som de samlade in detaljer om den analytiska gränsfrekvensen, bandkrökningen och plasmahud- och djupförutsägelser inom installationen.

Outlook

På detta sätt analyserade Peter A. Spring och hans kollegor genomsnittliga qubit-koherenstider och samtidiga en-qubit-grinden i en fyra-qubit-demonstration av en 3D supraledande kretsarkitektur. Innan qubit-kopplingskretsar inkluderades undertryckte teamet starkt den kvarvarande överhörningen av installationen. Den tänkta optimerade enheten är tillämpbar för att studera korrelerade fel som genereras från högenergistrålning i gitter av qubits med hög koherens och exponentiellt undertryckt överhörning. Den nuvarande arkitekturen innehöll en induktivt shuntad kavitetsinneslutning som tätt omger kretsen, kombinerat med 3D-integrerad styrledning utanför planet och avläsningsresonatorer på omvänd sida. Resultaten framhävde den låga överhörningen av experimentupplägget. Kapslingen kan återanvändas genom att omforma indiumkulan i lockets fördjupning; Emellertid var kretsen inte bunden till höljet och kunde därför inte tas bort och återmonteras. Forskarna lyfte fram flera brister hos den presenterade enheten, inklusive de små och variabla externa resonatoravklingningshastigheterna och dispersiva skiftningar som inte var optimala för qubit-avläsningar. Spring et al. tillskriva tillverkningsprocessen den ökade koherensen i upplägget, som skilde sig från tidigare implementeringar av arkitekturen. + Utforska vidare

Snabbare teknik för återställning av kvantkretsar föreslås

© 2022 Science X Network