科学家在量子优势方面取得进展

时间：2022-05-19 19:58:22来源：

Qubit生产过程。

一个俄罗斯-德国的研究小组创建了一个量子传感器，该量子传感器可以访问量子位中单个两级缺陷的测量和操作。NUST MISIS，俄罗斯量子中心和卡尔斯鲁厄理工学院的研究发表在npj Quantum Information上，这可能为量子计算铺平了道路。

在量子计算中，信息以量子位编码。量子位（或量子位）是经典位的量子力学模拟，是相干的两级系统。当今领先的量子位态基于约瑟夫森结超导量子位。这就是IBM和Google在其量子处理器中使用的那种量子比特。但是，科学家们仍在寻找完美的量子位，即可以精确测量和控制的量子位，而不受其环境的影响。

超导量子位的关键元素是纳米级超导体-绝缘体-超导体约瑟夫森结。约瑟夫森结是一种隧道结，由两片超导金属制成，并由非常薄的绝缘层隔开。最常用的绝缘体是氧化铝。

现代技术不允许以100％的精度构建量子比特，从而导致所谓的隧穿两级缺陷，从而限制了超导量子器件的性能并引起计算错误。这些缺陷导致了量子比特的寿命极短或退相干。

氧化铝和超导体表面的隧穿缺陷是超导量子位中波动和能量损耗的重要来源，最终限制了计算机的运行时间。研究人员指出，发生的材料缺陷越多，它们对肘部性能的影响就越大，从而导致更多的计算错误。新的量子传感器允许对量子系统中的单个两级缺陷进行测量和操作。

该研究的共同作者，NUST MISIS超导超材料实验室负责人，俄罗斯量子中心研究组负责人Alexey Ustinov教授说，传感器本身是超导量子比特，它可以检测和处理单个缺陷。。传统的研究材料结构的技术（例如小角度X射线散射（SAXS））不够灵敏，无法发现微小的单个缺陷，因此使用这些技术无助于构建最佳的量子比特。研究人员认为，这项研究可能为量子材料光谱学研究隧道缺陷的结构和开发低损耗电介质开辟道路，而超导量子计算机的发展迫切需要这种低损耗电介质。

参考：Alexander Bilmes，Serhii Volosheniuk，Jan David Brehm，Alexey V.Ustinov和JürgenLisenfeld的“用于微观隧道系统的量子传感器”，2021年2月5日，npj Quantum Information.DOI：
10.1038 / s41534-020-00359-x