🟠دستیابی به کیوبیت‌های ابررسانایی که به مدت 1.68 میلی‌ثانیه پایدار می‌مانند

🏅گروهی از محققان در مرکز Co-design Center for Quantum Advantage (C2QA) به سرپرستی دانشگاه پرینستون و آزمایشگاه ملی بروک‌هاون، با استفاده از یک رویکرد میان‌رشته‌ای شامل شیمی، مهندسی و طراحی مدارهای کوانتومی، موفق به ساخت #کیوبیت‌های_ترانسمون با زمان همدوسی چشمگیر ۱.۶۸ میلی‌ثانیه شده‌اند.

🔹این پیشرفت حاصل همکاری سه دانشمند برجسته از دانشگاه پرینستون یعنی Nathalie de Leon متخصص مواد کوانتومی، Robert Cava شیمیدان سرشناس مواد ابررسانا و Andrew Houck طراح مدارهای ابررسانا بود که از سال ۲۰۲۱ بر روی این ایده متمرکز شدند.

🔸دستیابی به این زمان همدوسی طولانی از طریق دو بهینه‌سازی کلیدی در سطح مواد تشکیل‌دهنده کیوبیت‌ها میسر گردید. نخستین تغییر، جایگزینی فلزات متداول آلومینیوم و نیوبیم با تانتالوم (tantalum) به عنوان ماده اصلی ابررسانا بود. تانتالوم به دلیل ساختار بلوری منظم‌تر و نقص‌های اتمی کمتر، اکسید سطحی تمیزتر و پایدارتری تشکیل می‌دهد که موجب کاهش چشمگیر اتلاف انرژی در مرز مشترک بین لایه ابررسانا و عایق می‌شود.

🔹همچنین این فلز دارای استحکام شیمیایی قابل توجهی است که آن را در برابر عملیات تهاجمی پاکسازی سطح مقاوم می‌سازد، در حالی که آلومینیوم در اثر این مراحل سخت، دچار تخریب سطحی و ایجاد نقص‌های جدید می‌شود که خود به عنوان کانون‌های اتلاف انرژی عمل می‌کنند.

🔸دومین نوآوری اساسی، تعویض زیرلایه یاقوت کبود با سیلیکون بود. علی رغم خلوص نسبی یاقوت کبود، این ماده همچنان دارای نقصهای حجمی است، اما انتخاب سیلیکون نیازمند مهندسی دقیق سطح بود تا از تشکیل گونه‌های شیمیایی ناخواسته در مرز مشترک با تانتالوم جلوگیری شود. این گونه‌های مزاحم که شامل اکسیدهای ناپایدار و پیوندهای شکسته هستند، به عنوان نقاط داغی عمل می‌کنند که انرژی کیوبیت را به شکل فوتون یا ارتعاشات گرمایی جذب کرده و به محیط نشت می‌دهند.

🔹برای غلبه بر این مشکل، تیم تحقیقاتی فرایند لایه‌نشانی لایه‌های نازک را اصلاح و هرگونه منبع آلودگی را حذف کردند تا از تشکیل این گونه‌های اتلاف‌زا در مرز مشترک جلوگیری شود. نتیجه‌ی این تلاش‌ها، کاهش بی‌سابقه نشت انرژی بود که به طور مستقیم به افزایش زمان همدوسی انجامید، چرا که در کیوبیتهای ابررسانا، عمر مفید کیوبیت با نرخ اتلاف انرژی رابطه عکس دارد.

🔸اهمیت این دستاورد از آن جهت بیشتر می‌شود که زمان همدوسی طولانیتر به معنای کاهش مستقیم نرخ خطا در محاسبات کوانتومی است و با کاهش خطاها، نیاز به اختصاص کیوبیتهای زیاد برای تصحیح خطا از بین میرود. نکته حائز اهمیت، سازگاری کامل این طراحی با معماری‌های موجود است، به این معنی که شرکتهای سازنده بدون نیاز به تغییر در طراحی کلی مدارها، تنها با اصلاح فرایندهای ساخت می‌توانند از این پیشرفت بهره‌مند شوند.

‼️این موفقیت ثابت کرد که کیوبیت‌ها ذاتاً شکننده نیستند، بلکه استفاده از مواد پرمشکل و دارای نقص فراوان است که ناپایداری را به سیستم تزریق می‌کند و با انتخاب هوشمندانه‌تر مواد، می‌توان عملکرد کیوبیت‌های استاندارد را به طور چشمگیری ارتقاء داد.

📎 لینک خبر
🔸🔸🔸🔸🔸🔸
🔗 Website
🔗 Telegram
🔗 LinkedIn

#اخبار #سخت‌افزار #کیوبیت_ابررسانا