Ερευνητές στο FAMU-FSU College of Engineering και στο National High Magnetic Field Laboratory του Florida State University σχεδίασαν μια νέα αρχιτεκτονική κβαντικής υπολογιστικής που χρησιμοποιεί μαγνητική αιώρηση για να ξεπεράσει ατέλειες σχεδιασμού στα εξαρτήματα που απαιτούνται για τη λειτουργία ενός κβαντικού υπολογιστή.
Τα κβαντικά bits, ή qubits, μπορεί να είναι μόλις μερικά νανόμετρα και η κατασκευή τους αναπόφευκτα εισάγει τυχαίες ατέλειες στην επιφάνειά τους. Χρησιμοποιώντας υπεραγώγιμους μαγνήτες για την αιώρηση σωματιδίων νέον, η έρευνα αντιμετωπίζει μια πρόκληση στις συσκευές qubit τύπου ηλεκτρόνιο-πάνω-σε-νέον, όπου τα ηλεκτρόνια συχνά παγιδεύονται σε τυχαία μικρά εξογκώματα της επιφάνειας του νέον, καθιστώντας τη λειτουργία τους απρόβλεπτη. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «PRX Quantum».
Ένα καθαρό, αιωρούμενο σημείο για κάθε ηλεκτρόνιο
Οι ερευνητές πρότειναν έναν σχεδιασμό τσιπ που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμους βρόχους για να συγκρατεί μαγνητικά μικροσκοπικά στερεά σωματίδια νέον πάνω από την επιφάνεια του τσιπ. Αντί να τοποθετείται στερεό υμένιο νέον απευθείας πάνω στο τσιπ, όπου κληρονομεί την τραχύτητα του υποστρώματος, η νέα αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί σχεδόν σφαιρικά μικροσωματίδια νέον ως φορείς για τα ηλεκτρόνια-qubits. Το τσιπ από κάτω εξακολουθεί να παρέχει τα κυκλώματα μικροκυμάτων που απαιτούνται για τον έλεγχο και την ανάγνωση του qubit.
Το πλεονέκτημα της αναπαραγωγιμότητας
Η εργασία ανοίγει τον δρόμο για μια νέα κατηγορία υβριδικών κβαντικών συσκευών, όπου καθαρά κβαντικά υλικά ενσωματώνονται απευθείας με κυκλώματα ελέγχου βασισμένα σε τσιπ. Οι ερευνητές δεν κατασκεύασαν πλήρη κβαντικό υπολογιστή στη μελέτη τους, όμως έδειξαν ότι τα βασικά συστατικά μπορούν να λειτουργήσουν μαζί σε έναν ρεαλιστικό σχεδιασμό. Το βασικό πλεονέκτημα είναι η αναπαραγωγιμότητα, καθώς η προσέγγιση αντικαθιστά τις τυχαίες παγίδες με καθαρούς φορείς νέον τοποθετημένους σε προκαθορισμένες θέσεις πάνω στο τσιπ, κάτι που θα μπορούσε να μειώσει τον ανεπιθύμητο θόρυβο φορτίου και να διευκολύνει την κατασκευή μεγαλύτερων συστοιχιών qubits.
Επόμενο βήμα
Οι ερευνητές σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν τον σχεδιασμό τους για να κατασκευάσουν ένα λειτουργικό πρωτότυπο qubit τύπου ηλεκτρόνιο-πάνω-σε-νέον. Τα βασικά στοιχεία του σχεδιασμού τους, όπως οι υπεραγώγιμοι βρόχοι και οι αντηχητές μικροκυμάτων, είναι συμβατά με μεθόδους κατασκευής που ήδη χρησιμοποιούνται στην έρευνα κβαντικών συσκευών, κάτι που θα διευκολύνει τη μετάβαση από τον σχεδιασμό στο πρωτότυπο.