Kvanttitietokoneet voivat käsitellä suuria tietomääriä nopeammin, koska ne suorittavat useita laskentavaiheita rinnakkain. Kvanttitietokoneen tiedon kantaja on kubitti. Qubiteilla ei ole vain "0" ja "1" tiedot, vaan myös niiden välissä olevia arvoja. Vaikeutena on kuitenkin tuottaa tarpeeksi pieniä kubitteja, jotka voidaan vaihtaa riittävän nopeasti kvanttilaskelmien suorittamiseksi.
Suprajohtavat piirit ovat erittäin lupaava vaihtoehto. Suprajohteet ovat materiaaleja, joissa ei ole sähkövastus erittäin matalissa lämpötiloissa ja siten johtavat sähkövirtaa ilman häviöitä. Tämä on tärkeää kvanttitilan ylläpitämiseksi kubittien ja yhdistää ne tehokkaasti.
Gralmoniumkubitit: Suprajohtavia ja herkkiä
KIT-tutkijat ovat nyt onnistuneet kehittämään uusia, epätavanomaisia suprajohtavia kubitteja. ”Suprajohtavan kubitin ydin on niin sanottu Josephson-risteys, joka tallentaa kvanttitietoa. Tässä teimme ratkaisevan muutoksen", sanoo tohtori Ioan M. Pop KITin kvanttimateriaalien ja -teknologioiden instituutista (IQMT).
Yleensä tällaiset Josephson-liitokset suprajohtavia kvanttibittejä varten saadaan ohuella oksidisululla, joka erottaa kaksi alumiinikerrosta. "Kubiteissamme käytämme yhtä kerrosta rakeista alumiinia, suprajohdetta, joka on valmistettu muutaman nanometrin kokoisista alumiinirakeista, jotka on upotettu oksidimatriisiin", Pop sanoo. Sitten materiaali rakentuu itse kolmiulotteiseen Josephson-liitosverkostoon.
”On kiehtovaa nähdä, että kaikkia kubitimme ominaisuuksia hallitsee hyvin pieni, vain 20 nm:n risteys. Näin ollen se toimii kuin suurennuslasi suprajohtavien kubittien mikroskooppisista materiaalivirheistä ja tarjoaa lupaavan vaihtoehdon parannuskeinoille”, Simon Günzler, IQMT, lisää.
Qubitit on valmistettu kokonaan rakeisesta alumiinista
Ryhmän saavuttama edistys perustuu aiemmin testattuun lähestymistapaan niin kutsuttujen fluxonium-kubittien avulla. Tämän edeltäjäversion osat valmistettiin rakeisesta alumiinista, kun taas toiset koostuivat tavanomaisesta alumiinista. Nyt kaikki kubitit on valmistettu rakeisesta alumiinista. "Ja jos kvanttipiiri voitaisiin leikata metallikalvosta, tämä tarjoaa täysin uusia mahdollisuuksia teollisuustuotanto etsausprosesseilla ja kubittien laajennetulla sovelluksella, esimerkiksi in voimakkaat magneettikentät”, sanoo Dennis Rieger KITin Physikalisches Institutista.