Новый термометр может ускорить развитие квантовых компьютеров

Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Гётеборг, Швеция, разработали новый тип термометра, который может просто и быстро измерять температуру во время квантовых вычислений с чрезвычайно высокой точностью. Этот прорыв предоставляет очень ценный инструмент для сравнительного анализа квантовых вычислений и открывает возможности для экспериментов в захватывающей области квантовой термодинамики.


Ключевым компонентом квантовых ов являются коаксиальные кабели и волноводы — структуры, которые направляют сигналы и действуют как жизненно важная связь между квантовым процессором и классической электроникой, которая им управляет. Микроволновые импульсы проходят по волноводам к квантовому процессору и по пути охлаждаются до чрезвычайно низких температур. Волновод также ослабляет и фильтрует импульсы, позволяя чрезвычайно чувствительному квантовому компьютеру работать со стабильными квантовыми состояниями.

Чтобы иметь максимальный контроль над этим механизмом, исследователи должны быть уверены, что эти волноводы не несут шум из-за теплового движения электронов поверх посылаемых ими импульсов. Другими словами, они должны измерять температуру электромагнитных полей на холодном конце микроволновых волноводов, в точке, где управляющие импульсы доставляются на кубиты компьютера. Работа при минимально возможной температуре сводит к минимуму риск появления ошибок в кубитах.

До сих пор исследователи могли измерить эту температуру только косвенно, с относительно большой задержкой. Теперь, с новым термометром исследователей Чалмерса, очень низкие температуры могут быть измерены непосредственно на приемном конце волновода — очень точно и с чрезвычайно высоким разрешением по времени.

«Наш термометр представляет собой сверхпроводящую схему, напрямую подключенную к концу измеряемого волновода. Это относительно простой и, вероятно, самый быстрый и самый чувствительный термометр в мире для этой конкретной цели с точностью до милликельвина», — говорит Симоне Гаспаринетти, доцент. в лаборатории квантовых технологий Технологического университета Чалмерса.

Важно для измерения производительности квантового компьютера

Исследователи из Валленбергского центра квантовых технологий, WACQT, поставили перед собой цель построить квантовый компьютер на основе сверхпроводящих цепей с как минимум 100 хорошо функционирующими кубитами, выполняющий правильные вычисления к 2030 году. Для этого требуется рабочая температура процессора, близкая к до абсолютного нуля, в идеале до 10 милликельвинов. Новый термометр дает исследователям важный инструмент для измерения того, насколько хороши их системы и какие недостатки существуют, — необходимый шаг, чтобы иметь возможность усовершенствовать технологию и достичь своей цели.

«Определенная температура соответствует заданному количеству тепловых фотонов, и это количество экспоненциально уменьшается с температурой. Если нам удастся снизить температуру на конце, где волновод встречается с кубитом, до 10 милликельвинов, риск ошибок в наших кубитах снижается. радикально «, — говорит Пер Делсинг, профессор кафедры микротехнологии и нанонауки Технологического университета Чалмерса и руководитель WACQT.

Точное измерение температуры также необходимо поставщикам, которым необходимо гарантировать качество своих компонентов, например кабелей, которые используются для обработки сигналов вплоть до квантовых состояний.