Художественное представление кубита-унимона в квантовом процессоре. Предоставлено: Александр Какинен

Из всех различных подходов к созданию полезных квантовых компьютеров лидируют сверхпроводящие кубиты. Однако конструкции и методы кубитов, используемые в настоящее время, еще не обеспечивают достаточно высокой производительности для практических приложений. В эту шумную эру квантов промежуточного масштаба (NISQ) сложность реализуемых квантовых вычислений в основном ограничивается ошибками в одно- и двухкубитных квантовых вентилях. Квантовые вычисления должны стать более точными, чтобы быть полезными.

«Наша цель — создать квантовые компьютеры, которые обеспечат преимущество в решении реальных проблем. Наше сегодняшнее объявление — важная веха для IQM и значительное достижение для создания более совершенных сверхпроводящих квантовых компьютеров», — сказал профессор Микко Мёттонен, соавтор кафедры квантовых исследований и технологий в Университете Аалто и VTT, а также соучредитель и главный научный сотрудник IQM Quantum Computers, который руководил исследованиями.

Сегодня Aalto, IQM и VTT представили новый тип сверхпроводящих кубитов, унимон, который объединяет в одной схеме желаемые свойства повышенной ангармоничности, полной нечувствительности к шумам постоянного заряда, пониженной чувствительности к магнитным шумам и простой структуры, состоящей из только одного джозефсоновского перехода в резонаторе. Команда достигла точности от 99,8% до 99,9% для однокубитных вентилей длительностью 13 наносекунд на трех разных кубитах-унимонах.

«Из-за более высокой ангармоничности или нелинейности, чем в трансмонах, мы можем работать с унимонами быстрее, что приводит к меньшему количеству ошибок на операцию», — сказал Эрик Хюппа, который работает над своей докторской диссертацией в ИКМ.

Для экспериментальной демонстрации унимона ученые разработали и изготовили чипы, каждый из которых состоял из трех кубитов унимона. Они использовали ниобий в качестве сверхпроводящего материала, за исключением контактов Джозефсона, в которых сверхпроводящие выводы были изготовлены из алюминия.

Команда измерила, что кубит унимон имеет относительно высокий ангармонизм, при этом требуется только один джозефсоновский переход без каких-либо сверхиндукторов и защита от шума. Геометрическая индуктивность унимона имеет потенциал для более высокой предсказуемости и производительности, чем сверхиндукторы на основе массива соединений в обычных флюксониевых или квартонных кубитах.

«Unimon настолько просты, но имеют много преимуществ перед трансмонами. Тот факт, что самый первый из когда-либо созданных unimon работал так хорошо, дает много возможностей для оптимизации и крупных прорывов. В качестве следующих шагов мы должны оптимизировать конструкцию для еще более высокой защиты от шума и продемонстрировать вентили с двумя кубитами», — добавил профессор Мёттонен.

«Мы стремимся к дальнейшим улучшениям в конструкции, материалах и времени затвора унимона, чтобы превзойти цель точности 99,99% для полезного квантового преимущества с шумными системами и эффективной коррекцией квантовых ошибок. Это очень захватывающий день для квантовых вычислений», — заключили. Проф. Мёттонен.