دستیابی به پیشرفت در محاسبات کوانتومی با تولیدکننده پالس روی تراشه
مدتی است که از محاسبات کوانتومی به عنوان آینده حل مسائل پیچیده نام برده می‌شود. این فناوری به عنوان پایان‌دهنده سیستم‌های رمزنگاری امروزی معرفی شده است. با این حال، مقیاس‌پذیری موثر همچنان چالش بزرگی باقی مانده است.
در حال حاضر، این حوزه با چالش مقیاس‌بندی کامپیوترهای کوانتومی به میلیون‌ها کیوبیت دست و پنجه نرم می‌کند. این مقیاس برای اجرای الگوریتم‌های کوانتومی کاملاً تصحیح شده و پیشرفت در کاربردهای کوانتومی مقیاس متوسط با نویز ضروری است. علاوه بر این، روش‌های موجود برای خواندن و دستکاری کیوبیت‌ها هم هزینه‌بر و هم سنگین هستند.
در سیستم‌های فعلی، سیگنال‌های مایکروویو از الکترونیک‌های دمای اتاق به تراشه‌های کوانتومی قرار گرفته در یخچال‌های کریوژنیک در دماهای میلی‌کلوین منتقل می‌شوند. این شامل هدایت این سیگنال‌ها از طریق کابل‌های کواکسیال است، روشی که فراتر از یک نقطه خاص غیرعملی می‌شود.
اگرچه امکان گسترش این setup به حدود ۱۰۰۰ کیوبیت وجود دارد، مقیاس‌بندی بیشتر هزینه‌ها و بار گرمایی را به شدت افزایش می‌دهد. AZoQuantum .
گلوگاه اصلی اینجا معماری سنتی است که نمی‌تواند سیم‌کشی گسترده و اتلاف حرارتی که با مقیاس‌بندی به این میزان همراه است را مدیری کند.
راه‌حلی نویدبخش
یکپارچگی مونو لیتیک می‌تواند راه‌حلی برای این مشکل باشد. با ادغام کیوبیت‌ها با الکترونیک‌های کنترل و مایکروویو و جایگزینی سیم‌کشی بزرگ مقیاس با پشته‌های تراشه و بلوک‌های مدار، این روش می‌تواند هم بار حرارتی غیرفعال و هم ردپای سیستم را کاهش دهد.
یکپارچگی مونو لیتیک مزایای سیستماتیکی مانند بهبود قابلیت‌های فن‌آوت و فن‌این سیگنال و کاهش تأخیر ارتباطات را فراهم می‌کند. علاوه بر این، وابستگی به سیم‌کشی‌های گسترده را که منبع اصلی بار حرارتی و پیچیدگی است کاهش می‌دهد.
با این حال، به یک تولیدکننده پالس مایکروویو کریوژنیک همگن نیاز است که با مدارهای سوپرکانداکتیو کوانتومی سازگار باشد. یک مطالعه جدید چنین منبع سیگنالی را نشان می‌دهد که توسط سیگنال‌های دیجیتالی مانند، تولید انتشار مایکروویو پالس با فاز، شدت و فرکانس کنترل شده دقیقاً در دماهای میلی‌کلوین انجام می‌شود.
تیمی که پشت این تحقیق قرار دارد، پیشنهاد یک تولیدکننده پالس مایکروویو کریوژنیک همگن روی تراشه را ارائه می‌دهد. آن‌ها برای کنترل دقیق فرکانس، شدت و فاز با دستکاری دیجیتال جریان مغناطیسی بر روی دستگاه تداخل کوانتومی سوپرکانداکتیو (SQUID) در یک تشدیدگر سوپرکانداکتیو استفاده کردند.
دستگاه تیم متشکل از یک تشدیدگر خط راهنمای موج رقابتی λ/2 با یک SQUID تعبیه شده در هادی مرکزی آن است. SQUID که دارای دو اتصال جوزفسون موازی است، به عنوان یک القا کننده قابل تنظیم عمل می‌کند و اجازه می‌دهد خواص تشدیدگر از طریق تغییر جریان مغناطیسی تنظیم شود.
مجموعه القا کننده‌های تشدیدگر SQUID-تعبیه شده شامل هم القا کننده SQUID وابسته به جریان و هم القا کننده تشدیدگر خط راهنمای موج رقابتی بود. برای خواندن، از معماری الکترودینامیک کوانتومی مدار سه‌بعدی (3D) استفاده شد.
در آزمایشات خود، محققان از مقاومت‌های اتصال در دمای اتاق از 50 Ω تا 270 Ω استفاده کردند که با القا کننده‌های 58 pH تا 310 pH در صفر جریان مطابقت داشت. این مقادیر 3.1٪ تا 11.6٪ از القا کننده‌های کل تشدیدگرهای SQUID تعبیه شده را تشکیل می‌دادند.
برای راه‌اندازی تولیدکننده پالس، تیم از یک تولیدکننده موج دلخواه با نرخ نمونه‌برداری 1 گیگاهرتز استفاده کرد. این تولیدکننده جریان لازم برای پله جریان/گذشش را به منبع سیگنال در محیط کریوژنیک ارائه داد. خروجی منبع مایکروویو کریوژنیک سپس با استفاده از سری تقویت‌کننده‌ها در مراحل دمای مختلف تقویت شد.
تأثیر و چشم‌اندازها
تولیدکننده پالس مایکروویو کریوژنیک همگن روی تراشه تیم نشان‌دهنده استثنائات همگنی در تولید پالس‌های فوتون مایکروویو بود. این یک پیشرفت مهم نسبت به منابع فوتون مایکروویو قبلی مورد استفاده در محیط‌های کریوژنیک بود.
این همگنی بالا امکان هم‌پوشانی راحت را فراهم می کند و اجازه می‌دهد طیف گسترده‌ای از سیگنال‌های مایکروویو ایجاد شود. این پیشرفت می‌تواند منجر به پیاده‌سازی کامپیوترهای کوانتومی سوپرکانداکتیو در مقیاس بزرگ شود.
جزئیات تحقیق تیم در مجله Nature Communications منتشر شده است.
