15:57 2024-02-12 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Flowermon: un qubit supraconductor bazat pe heterostructuri cuprate răsucite van der Waals

_ Flowermon: un qubit supraconductor bazat pe pe heterostructuri cuprate răsucite van der Waals

Tehnologia cuantică ar putea depăși computerele convenționale în unele sarcini avansate de optimizare și calcul. În ultimii ani, fizicienii au lucrat pentru a identifica noi strategii pentru a crea sisteme cuantice și qubiți promițători (adică unități de bază de informații în calculatoarele cuantice).

Cercetătorii de la Institutul pentru Sisteme Complexe al CNR (Consiglio Nazionale). delle Ricerche), Institutul Max Planck pentru Fizica Chimică a Solidelor și alte institute din întreaga lume au introdus recent un nou qubit supraconductor și shuntat capacitiv, pe care l-au numit „flowermon”. Acest qubit, introdus în Physical Review Letters, se bazează pe heterostructuri cuprate van der Waals răsucite.

„Proiectul a apărut dintr-o șansă bună, în timpul unei încercări de a combina limbajele diferitelor noastre expertize în conversație, „ Uri Vool, coautor al lucrării, a declarat pentru Phys.org. „Motivația inițială a fost lucrarea recentă a colaboratorului nostru Nicola Poccia, care a reușit să realizeze o „heterostructură van der Waals răsucită” în care pot controla unghiul dintre straturile individuale în noul supraconductor de cuprat BSCCO, fără a-i distruge proprietățile unice.

„Nicola Poccia m-a întrebat pe Valentina Brosco și pe mine dacă acest lucru ar putea fi folosit în vreun fel ca qubit sau dispozitiv pentru tehnologia cuantică. Inițial am fost destul de sceptic, dar acest lucru a dus la mai multe sesiuni de brainstorming între Valentina și eu, care în cele din urmă au convergit spre ideea prezentată în lucrarea noastră.”

Majoritatea experimentelor care vizează crearea de circuite supraconductoare cuantice au folosit cele convenționale și studiate pe larg. materiale supraconductoare, cum ar fi aluminiul sau niobiul. Cu toate acestea, în jurul anului 2000, unii fizicieni teoreticieni au explorat ideea introducerii de circuite supraconductoare protejate de zgomot care să folosească simetria unică a supraconductorilor neconvenționali.

În timpul realizării acestei idei în setările experimentale păreau imposibile la acea vreme, aceste lucrări teoretice au fost abandonate timp de câțiva ani. Studiul recent realizat de Vool, Poccia, Brosco și colegii lor readuce această idee pentru a crea un nou qubit supraconductor.

„Ca supraconductor. circuite dezvoltate, au existat mai multe propuneri de a crea circuite cu protecție împotriva zgomotului prin proiectarea elementelor circuitului într-un mod care să realizeze o simetrie”, a spus Vool. „Aceste idei sunt foarte interesante, dar implementarea experimentală a fost întotdeauna provocatoare, deoarece imperfecțiunile, de exemplu, în inductanța relativă a elementelor circuitului sau fluxul aplicat în bucla pe care o formează, au rupt simetria și le-au degradat performanța.

„În flowermon, am observat că un circuit simplu care folosește o heterostructură cuprată van der Waals răsucită oferă și această protecție, care vine din simetria materialului în sine și nu din plasarea circuitului.”

Structura unică. și proprietățile flowermon-ului, qubit-ul introdus de această echipă de cercetare, poate spori foarte mult robustețea unui circuit supraconductor, deoarece elimină nevoia de reglare sau flux. Bazându-se pe eforturile anterioare de cercetare care se concentrează pe circuite protejate, Vool și colegii săi au demonstrat că potențialul materialelor cu o simetrie inerentă pentru crearea sistemelor supraconductoare cuantice.

„Lucrările noastre arată că utilizarea materialelor cu simetrie inerentă, spre deosebire de simetria proiectată, produce un qubit robust care nu necesită reglare fină”, Vool. explicat. „Flowermon modernizează vechea idee de a folosi supraconductori neconvenționali pentru circuite cuantice protejate și o combină cu noi tehnici de fabricație și o nouă înțelegere a coerenței circuitelor supraconductoare”.

Noul qubit introdus de cercetători este compus în esență dintr-o singură joncțiune BSCCO van der Waals Josephson. Această joncțiune are un unghi de răsucire de aproximativ 45°, derivată de un condensator mare și un rezonator supraconductor cu citire.

„În ciuda simplității sale, natura unică răsucită a undei d a parametrului de comandă permite flowermon-ului. pentru a codifica informațiile în stările proprii care păstrează paritatea”, a spus Valentina Brosco, co-autor al lucrării. „În mod ideal, acest lucru aduce ordine de mărime îmbunătățire a timpului de relaxare față de binecunoscutul transmon. În plus, controlul asupra unghiului de răsucire demonstrat în experiment sugerează că, spre deosebire de ceea ce se întâmplă în joncțiunile standard de undă d, în flowermon. disiparea indusă de cvasi-particule este suprimată exponențial.”

Designul simplu al lui flowermon valorifică caracteristicile complexe și specifice ale tunelului Josephson între doi fulgi subțiri de BSCCO cu un unghi relativ de răsucire.

A. Un alt avantaj al noului qubit este structura sa spectrală distinctivă, care permite manipularea electrodinamicii cuantice a circuitelor (cQED) și a schemelor de citire.

„Cred că flowermon-ul oferă o ilustrare excelentă a funcționalităților emergente care pot fi realizate. prin integrarea materialelor complexe și a heterostructurilor în dispozitivele cuantice, în special în domeniul circuitelor supraconductoare”, a spus Brosco. „Ceea ce mi s-a părut extrem de interesant și fascinant este că puterea circuitului flowermon este încorporată în funcția de undă cu mai multe corpuri care duce la o relație curent-fază cu un termen dominant de tunel cu două perechi de cupru.”

Spre deosebire de alți qubiți protejați de paritate care sunt realizați prin inginerie complexă a circuitelor, flowermon se bazează pe mecanisme fizice care apar în mod natural. Robustețea raportată a acestui design unic i-ar putea inspira pe alți fizicieni să exploreze potențialul heterostructurilor cuprate van der Waals răsucite pentru crearea de circuite supraconductoare.

„Ideea din spatele flowermon-ului poate fi extinsă în mai multe direcții: căutarea diferitelor supraconductori sau joncțiuni care produc efecte similare, explorând posibilitatea realizării de noi dispozitive cuantice bazate pe flowermon", a spus Brosco. „Aceste dispozitive ar combina beneficiile materialelor cuantice și ale circuitelor cuantice coerente sau ar folosi flowermon sau designul aferent pentru a investiga fizica heterostructurilor supraconductoare complexe.”

Vool, Brosco și colaboratorii lor intenționează acum să efectueze mai multe studii teoretice și experimentale. În munca lor teoretică, ei plănuiesc să abordeze diverse aspecte ale circuitului pe care l-au introdus.

În special, circuitul flowermon deschide o nouă cale posibilă pentru extinderea înțelegerii supraconductorilor neconvenționali folosind circuite cuantice. Acest lucru este extrem de relevant, deoarece proprietățile acestor materiale rămân unul dintre cele mai mari mistere din fizica materiei condensate.

„Acesta este doar primul exemplu concret concret de utilizare a proprietăților inerente ale unui material pentru a realiza un nou dispozitiv cuantic și sperăm să construim pe el și să găsim exemple suplimentare, stabilind în cele din urmă un domeniu de cercetare care combină fizica materialelor complexe cu dispozitive cuantice", a adăugat Vool.

"Experimental, există încă destul de multe de lucru pentru implementarea acestei propuneri. În prezent, fabricăm și măsurăm circuite supraconductoare hibride care integrează acești supraconductori van der Waals și sperăm să folosim aceste circuite pentru a înțelege mai bine materialul și, în cele din urmă, să proiectăm și să măsurăm circuite supraconductoare hibride protejate pentru a le transforma în realitate. dispozitive utile."

© 2024 Science X Network

(Fluierul)

Inapoi