Komputery kwantowe mogą szybciej przetwarzać duże ilości danych, ponieważ wykonują wiele kroków obliczeniowych równolegle. Nośnikiem informacji komputera kwantowego jest kubit. Kubity zawierają nie tylko informacje „0” i „1”, ale także wartości pośrednie. Trudność polega jednak na wytwarzaniu kubitów, które są wystarczająco małe i można je przełączać wystarczająco szybko, aby wykonać obliczenia kwantowe.
Obwody nadprzewodzące są bardzo obiecującą opcją. Nadprzewodniki to materiały, które nie mają opór elektryczny w skrajnie niskich temperaturach, a zatem przewodzą prąd elektryczny bez żadnych strat. Jest to ważne dla utrzymania stanu kwantowego kubity i skutecznie je łączyć.
Kubity gralmonowe: nadprzewodzące i czułe
Naukowcy z KIT odnieśli sukces w opracowaniu nowatorskich, niekonwencjonalnych kubitów nadprzewodzących. „Rdzeniem kubitu nadprzewodzącego jest tak zwane złącze Josephsona, które służy do przechowywania informacji kwantowych. Tutaj dokonaliśmy kluczowej modyfikacji”, mówi dr Ioan M. Pop z Instytutu Materiałów i Technologii Kwantowych (IQMT) KIT.
Z reguły takie złącza Josephsona dla nadprzewodzących bitów kwantowych uzyskuje się przez cienką barierę tlenkową oddzielającą dwie warstwy aluminium. „W naszych kubitach używamy pojedynczej warstwy ziarnistego aluminium, nadprzewodnika wykonanego z ziaren aluminium o wielkości kilku nanometrów, które są osadzone w matrycy tlenkowej” – mówi Pop. Następnie materiał jest samostrukturyzowany w trójwymiarową sieć połączeń Josephsona.
„Fascynujące jest to, że wszystkie właściwości naszego kubitu są zdominowane przez bardzo małe złącze o długości zaledwie 20 nm. W związku z tym działa jak szkło powiększające mikroskopijnych defektów materiałowych w kubitach nadprzewodzących i oferuje obiecującą opcję poprawy”, dodaje Simon Günzler, IQMT.
Kubity w całości wykonane są z granulowanego aluminium
Postęp osiągnięty przez zespół opiera się na wcześniej przetestowanym podejściu z wykorzystaniem tak zwanych kubitów fluksonowych. Części tej poprzedniej wersji były wykonane z granulowanego aluminium, podczas gdy inne składały się z konwencjonalnego aluminium. Teraz całe kubity są wykonane z granulowanego aluminium. „A jeśli obwód kwantowy można wyciąć z metalowej folii, daje to zupełnie nowe możliwości produkcja przemysłowa poprzez procesy trawienia i rozszerzone zastosowanie kubitów, m.in silne pola magnetyczne”, mówi Dennis Rieger z Physikalisches Institut KIT.
