Tecnologia Científica

Alta coeraªncia e baixo cross-talk em uma arquitetura qubit supercondutora
Peter A. Spring e uma equipe de cientistas descreveram a coeraªncia de qubits e erros de baixa comunicaça£o cruzada e de porta de qubit aºnico na arquitetura de qubit supercondutora, adequada para bidimensional ( 2D) reticulados de qubits .
Por Thamarasee Jeewandara - 29/04/2022


Imagens a³pticas do inva³lucro e do circuito da cavidade. (A) Base do gabinete com cavidade, pilar central e quatro orifa­cios de passagem ca´nicos para acesso a  fiação fora do plano. (B) Tampa do gabinete com recesso cila­ndrico central e orifa­cios de passagem idaªnticos para fiação fora do plano. (C) Rebaixo cila­ndrico na tampa preenchido com uma bola de a­ndio. (D) (Escala de cinza) Circuito de quatro qubits montado dentro da base do gabinete. Os quatro qubits são visa­veis, dispostos em uma rede quadrada com espaa§amento de 2 mm. (E) Um ressonador espiral e (F) um qubit transmon comDimensões de eletrodo idaªnticas a s do dispositivo. Crédito: Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abl6698

Em um novo relatório agora publicado na Science Advances , Peter A. Spring e uma equipe de cientistas em física da Universidade de Oxford descreveram a coeraªncia de qubits e erros de baixa comunicação cruzada e de porta de qubit aºnico na arquitetura de qubit supercondutora, adequada para bidimensional ( 2D) reticulados de qubits . A configuração experimental envolveu um gabinete de cavidade indutivamente desviado com fiação de controle não galva¢nica, fora do plano, qubits e ressonadores fabricados em lados opostos de um substrato. Os cientistas desenvolveram um dispositivo de prova de conceito com quatro qubits transmon desacoplados, ou seja, um qubit carregado supercondutor com sensibilidade reduzida ao rua­do de carga, para exibir recursos específicos medidos por meio de benchmarking aleata³rio simulta¢neo. A natureza tridimensional integrada da fiação de controle permitiu que o qubit permanecesse enderea§a¡vel a  medida que a arquitetura formava redes de qubit maiores.

arquiteto qua¢ntico

Os esforços para construir trelia§as tridimensionais (3D) com uma infinidade de qubits altamente coerentes são um desafio de hardware excepcional . Os pesquisadores já desenvolveram circuitos supercondutores como uma plataforma promissora para realizar essas redes e formar um conjunto de portas universais. Normalmente, dois conjuntos de requisitos devem ser atendidos para dimensionar essas redes supercondutoras, incluindo um manãtodo para rotear a fiação de controle para o circuito, permitindo que todos os qubits permanea§am enderea§a¡veis ​​e mensura¡veis, evitando que modos espaºrios de baixa frequência surjam dentro do circuito comDimensões crescentes. O processo de dimensionamento também deve evitar canais de decoeraªncia para qubits e ser compata­vel com fidelidades de porta além do limite dos ca³digos de correção de erros qua¢nticos. Os fa­sicos já haviam superado os limites de fiação de circuitos conectados por borda por meio de fiação de controle integrado 3D como uma solução prática . Alternativamente, os circuitos podem ser fechados em cavidades indutivamente desviadas em duasDimensões com uma frequência de corte para modos de cavidade. Spring et al apresentaram resultados experimentais relativos ao último conceito em um circuito de prova de princa­pio de quatro qubits, onde a arquitetura do circuito apresentava fiação de controle 3D integrada fora do plano, qubits e ressonadores de leitura fabricados em lados opostos de um substrato. A equipe também incluiu um novo recurso importante para compatibilidade com tempos de coeraªncia transmon, excedendo 100 µs, baixa diafonia e erros de porta de qubit aºnico.

Arquitetura de dispositivos e caracterização de cross-talk

Os pesquisadores obtiveram imagens do gabinete e do circuito da cavidade, onde a base do gabinete mantinha um aºnico "pilar" central e uma tampa contendo um recesso cila­ndrico correspondente preenchido com uma bola de a­ndio. Eles organizaram os quatro qubits transmon coaxiais em uma trelia§a 2 x 2 com espaa§amento de 2 mm e, em seguida, implementaram um projeto de fiação fora do plano com projeto de derivação indutiva e um layout de circuito, onde cada ressonador foi alinhado coaxialmente e acoplado capacitivamente. para um qubit. A configuração permitiu que os eletrodos qubit fossem "eletricamente flutuantes". A equipe obteve os parametros ba¡sicos do circuito e caracterizou o cross-talk do dispositivo, onde o dispositivo era uma demonstração de prova de princa­pio da arquitetura do circuito sem acoplamentos intencionais, exceto entre pares qubit-ressonator. Como resultado, Spring et al identificaram todos os outros acoplamentos como cross-talk indesejado. A equipe então definiu os termos de cross-talk e resumiu os acoplamentos transversais parasitas experimentais e simulados no dispositivo, seguidos por medições experimentais deseletividade da linha de controle do qubit e seletividade da linha de controle do ressonador. Eles também mediram o acoplamento parasita qubit-ressonator para entender a mudança dispersiva parasita entre qubit e ressonador. Seguido por benchmarking aleata³rio de qubit aºnico realizado em todos os quatro qubits separadamente e simultaneamente. A equipe realizou cada um dos experimentos 31 x 80, 5.000 vezes para construir estata­sticas e apresentou os portaµes de erro por fa­sicos resultantes, e também realizou benchmarking aleata³rio correlacionado com base em dados experimentais simulta¢neos. Para simulações de estrutura de banda, Spring et al analisaram o simulador de estrutura de alta frequência modelo de canãlula unita¡ria que continhaDimensões ideais da regia£o central de 2 mm x 2 mm, do dispositivo. Eles então mapearam a estrutura da banda durante as simulações enquanto coletavam detalhes sobre a frequência de corte anala­tica, curvatura da banda e pele do plasma e previsaµes de profundidade dentro da configuração.
 
Desta forma, Peter A. Spring e colegas analisaram tempos manãdios de coeraªncia de qubit e fidelidades simulta¢neas de porta de um aºnico qubit em uma demonstração de quatro qubits de uma arquitetura de circuito supercondutor 3D. Antes da inclusão do circuito de acoplamento qubit, a equipe suprimiu altamente o crosstalk residual da configuração. O dispositivo otimizado previsto éaplica¡vel para estudar erros correlacionados gerados a partir de radiação de alta energia em redes de qubits com alta coeraªncia e cross-talk exponencialmente suprimido. A arquitetura atual continha um compartimento de cavidade desviado indutivamente ao redor do circuito, combinado com fiação de controle integrada 3D fora do plano e ressonadores de leitura do lado reverso. Os resultados destacaram a baixa conversa cruzada da configuração experimental. A embalagem do inva³lucro éreutiliza¡vel remodelando a esfera de a­ndio no recesso da tampa; no entanto, o circuito não foi colado ao gabinete e, portanto, não pa´de ser removido e remontado. Os cientistas destacaram várias deficiências do dispositivo apresentado, incluindo as pequenas e varia¡veis ​​​​taxas de decaimento do ressonador externo emudanças dispersivas que não eram ideais para leituras de qubit . Primavera et ai. creditou a maior coeraªncia na configuração ao processo de fabricação, que diferia das implementações anteriores da arquitetura.

 

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