Новая конструкция многомодового соединителя способствует масштабируемым квантовым вычислениям

(a) Схема чипа для метаматериального кольцевого резонаторного устройства. (b), (c) Оптические микрофотографии устройства с выделением ложных цветов. (d) СЭМ-изображение джозефсоновского перехода в кубите. Устройство имеет два настраиваемых по потоку трансмоновых кубита, 𝑄𝐴 и 𝑄𝐵, соединенных с кольцевым резонатором в указанных положениях: 𝑅in/𝑅out соединения с верхней линией подачи, используемые для зондирования мод кольцевого резонатора, и 𝐹in/𝐹out соединения, используемые для измерения считывающих резонаторов, соединенных с каждым кубитом. (e) Измеренные частоты мод кольцевого резонатора показаны серыми пунктирными линиями. Теоретические частоты мод показаны зелеными штрихпунктирными линиями, когда паразитная индуктивность из-за проволочных соединений не включена, и любое снятие вырождения происходит из-за кубитов или линии подачи. Сплошные синие линии показывают большой эффект снятия вырождения проволочных связей на частотах моды кольцевого резонатора. Кредит: PRX Квантовый (2024). DOI: 10.1103/PRXQuantum.5.020325

Реализация отказоустойчивого квантового процессора требует связывания кубитов для создания запутанности. Сверхпроводящие кубиты являются многообещающей платформой для квантовой обработки информации, но масштабирование до полномасштабного квантового компьютера требует соединения множества кубитов с низким уровнем ошибок. Традиционные методы часто ограничивают связывание ближайшими соседями, требуют больших физических следов и включают в себя многочисленные соединители, что усложняет изготовление.

Например, для парного соединения 100 кубитов требуется огромное количество соединителей. Более того, управление отдельными элементами схемы и соединителями с помощью отдельных кабелей даже для 1000 кубитов потребовало бы непрактично большого объема кабелей, что сделало бы невозможным размещение такой системы в большой лаборатории, не говоря уже об управлении миллионами кубитов. Это подчеркивает необходимость более эффективных и масштабируемых методов соединения.

Группа физиков-теоретиков под руководством Мохамеда Ансари из FZJ в сотрудничестве с экспериментальной группой Бриттона Плурда из Сиракузского университета представила новый подход с использованием многомодового соединителя, который позволяет настраивать силу связи между любой парой кубитов.

Опубликовано в PRX КвантовыйВ этом исследовании используется общий соединитель в форме кольца, изготовленный из метаматериальной линии передачи. Такая конструкция создает плотный спектр частот резонансов стоячей волны вблизи диапазона частот перехода кубита. Левосторонний кольцевой резонатор, состоящий из 24 индуктивно заземленных и емкостно связанных ячеек, демонстрирует плотный набор мод выше минимальной частоты среза, причем частоты мод расширяются на более высоких частотах.

Эта уникальная конструкция, где частота стоячих волн линейно пропорциональна их длине волны, контрастирует с обычными стоячими волнами. Например, удвоение частоты удваивает длину волны, в отличие от типичных систем, где удвоение частоты уменьшает длину волны вдвое. Представьте себе музыкальный инструмент, где более высокие тона соответствуют более длинным волнам — эта концепция бросает вызов традиционным ожиданиям.

Два сверхпроводящих кубита, размещенных в позициях 3 и 6 часов на кольцевом резонаторе, связываются со стоячими волнами, причем сила взаимодействия зависит от амплитуды стоячей волны в их местах. Связывание нескольких кубитов с общей резонансной модой вызывает поперечные обменные взаимодействия, причем связывание зависит от расстройки каждого кубита на различные моды. Эти взаимодействия могут быть положительными или отрицательными. Кроме того, взаимодействия между более высокими возбужденными состояниями каждого кубита и связанными модами приводят к взаимодействиям ZZ более высокого порядка, которые также изменяются с расстройкой кубита и могут менять знак.

Эта изменчивость в обменных и ZZ-взаимодействиях хорошо согласуется с теоретическими моделями, позволяя настраивать масштабы энергии запутывания от больших значений до нуля. Потенциал расширения этой системы до более чем двух кубитов вокруг кольца делает ее многообещающей платформой для управления запутыванием в больших массивах кубитов.

Больше информации:
Т. МакБрум-Кэрролл и др., Запутывающие взаимодействия между искусственными атомами, опосредованные многомодовым левосторонним сверхпроводящим кольцевым резонатором, PRX Квантовый (2024). DOI: 10.1103/PRXQuantum.5.020325

Предоставлено Исследовательским центром Юлиха

Цитата: Новая конструкция многомодового соединителя способствует развитию масштабируемых квантовых вычислений (2024, 10 июля) получено 10 июля 2024 г. из

Этот документ защищен авторским правом. За исключением случаев честного использования в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержание предоставляется только в информационных целях.



Source

ЧИТАТЬ  Неделя дизайна в Милане 2024: работы четырех дизайнеров из коллекции Frigerio