42层。根据查询超级计算机详细介绍得知,截止到2023年6月6日,能模拟42层量子电路,能够仔细地研究高位数量子计算机系统的特性。量子是一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。
超导电路在量子计算架构中的应用越来越多,但它们面临的最大阻力可能来自于没有足够的超导电路。尽管超导体因其直流电阻可以忽略而受到重视,但高频低阻抗会给超导量子位(量子比特)带来问题,比如对噪声和串扰的敏感性。为了克服这一限制,卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员用颗粒铝制成了高阻抗电感器,或称“超级电感器”。正如《自然材料》首次报道的那样,超级电感可以直接集成到超导量子位电路中,从而产生健壮的量子系统。

通往阻力最大的道路

Superinductors,电感特性阻抗大于阻力量子(6.4 kΩ),最初部分中开发提高超导量子比特的隔离噪音。此外,使用超级电感的量子位元显示出更强的非谐性,这一特性与不同状态间转换所需的能量不同有关,这对于快速的量子位元运算和读出是必不可少的。
然而,创造一个超级电感往往是艰苦的。过去的研究方法是使用数百个被称为约瑟夫森结的超导器件阵列来累积较大的电感。这种技术需要复杂的制造许多密集的图形器件,而大量的结可以产生不期望的共振和寄生效应。
作为一种更简单的选择,研究小组转向颗粒铝(grAl),这是一种超导材料,含有纯净的纳米铝颗粒和非晶态氧化铝的混合物。尽管人们从20世纪60年代就知道grAl,但很少有研究关注它在量子电路运作的高频状态下的行为。通过优化沉积参数和研究千兆赫频率下的材料特性,研究小组发现grAl薄膜可以实现超导性能。
“当我们开始这个项目,是知之甚少的高频特性grAl**,“Ioan流行说,项目的首席研究员,“最主要的挑战是让最初的直觉的组(沉积)参数是最可能成功的人,然后提交到制造过程…在这方面的项目有点赌博。”
对量子兼容性
为了证明这种材料与量子位电路的兼容性,研究小组在量子位本身和用来读出量子位状态的谐振器中都加入了grAl电感。由于量子位包含一个约瑟夫森结,也是基于铝,整个电路可以在一个单一的平版印刷步骤的模式在一起,这是一个重要的优势,比方法,需要困难的制造。此外,量子位元的一致性时间与现有技术相比具有竞争力,这表明grAl并不妨碍量子位元的性能。
“考虑grAl的微观结构,我认为我们都有点惊讶,我们没有观察到一个更具戏剧性的耦合量子电路材料缺陷的非晶态氧化铝介质,“流行说,“我们知道无定形壁垒远非完美,而且他们可能包含电子电路或原子缺陷可能产生共鸣并破坏其质量的因素。幸运的是,在我们的测量中,这种情况几乎从未发生过,而且我们的电路似乎并不比标准的铝量子电路更容易受到介电损耗的影响。”
成功地使用grAl作为量子比特电路的材料,可以解决目前限制超导量子处理器规模化的许多问题。除了量子信息,grAl超级电感还可用于制造基于电感的光子探测器和高阻抗谐振器,为新一代超导器件打开了大门。


