Потоковые кубиты и трехмерный резонатор на основе NbN.
Кредит: Коммуникационные материалы (2024). DOI: 10.1038/s43246-024-00659-1

Команда компьютерных инженеров из Национального института информационных и коммуникационных технологий, корпорации NTT и Университета Нагои разработала, как они утверждают, первый в мире сверхпроводящий кубит, который может работать без необходимости окружающего магнитного поля.

В своей статье, опубликованной в журнале Communications Materials, группа описывает, как они использовали ферромагнитный джозефсоновский переход для создания потокового кубита и насколько хорошо он работал.

Потоковый кубит создается с использованием чрезвычайно крошечной петли из сверхпроводника, которая позволяет электрическому току течь либо по часовой стрелке, либо против, либо в виде квантовой суперпозиции обоих направлений. Такие кубиты используются в конструкциях квантовых компьютеров через нелинейную индуктивность джозефсоновского перехода. До сих пор все такие потоковые кубиты могли работать только в магнитном поле.

Учёные представили использование ферромагнитного джозефсоновского перехода (π-перехода) при создании кубита потока — шаг, как утверждает команда, который позволяет кубиту потока работать независимо. Они также утверждают, что это обеспечивает самый длительный срок службы потоковых кубитов, которые могут привести к разработке действительно высокопроизводительного квантового компьютера.

Потоковые кубиты были разработаны после того, как трансмонные кубиты оказались проблематичными из-за скученности частот, что привело к низкой ангармоничности. Использование джозефсоновских переходов привело к более высокому ангармонизму, но его также было трудно масштабировать до пригодных для использования размеров из-за больших катушек, необходимых для создания магнитного поля. Катушки также имеют тенденцию издавать шум, который необходимо приглушить, чтобы предотвратить возникновение ошибок в системе.

Учёные обнаружили, что использование π-перехода устраняет необходимость в катушках и производимом ими шуме. Он также допускает сдвиг фазы на 180°, что, как отмечают исследователи, позволяет кубиту функционировать независимо там, где он работает с максимальной эффективностью. Чтобы создать π-переход, исследователи объединили ферромагнитное устройство Джозефсона с ранее разработанной технологией нитридных сверхпроводящих кубитов NICT.

Проведенные к настоящему моменту испытания показали, что новый тип кубита способен демонстрировать свойства когерентности, хотя они все же немного короче, чем конструкции без π-переходов.