Кіріспе

Супержетекшіл кубиттің іске асырылуы

Кванттық есептеуде зарядты кубит (сондай-ақ Купер жұптық қорап деп аталады) – негізгі күйлері зарядтық күйлер (яғни аралдағы артық Купер жұптарының болуы немесе болмауы) болатын кубит. Суперөткізгіш кванттық есептеулерде зарядты кубит Жозефсон түйінімен (немесе практикалық тұрғыдан, суперөткізгіш туннельдік түйінімен) суперөткізгіш резервуармен (суретті қараңыз) байланыстырылған кішкентай суперөткізгіш аралдан құралады. Кубиттің күйі түйісу арқылы түйіннен өткен Купер жұптарының санымен анықталады. Атомдық немесе молекулалық ионның зарядтық күйінен өзгеше, мұндай "аралдың" зарядтық күйіне аралдың өткізгіш электрондарының макроскопиялық саны кіреді. Зарядтық күйлердің кванттық суперпозициясына аралдың химиялық потенциалын басқаратын U қақпалық кернеуді реттеу арқылы қол жеткізіледі. Зарядты кубит әдетте аралды радиожиілікті бір электронды транзистор сияқты өте сезімтал электрометрмен электростатикалық байланыс арқылы оқылады. Зарядты кубит үшін T2 когеренттілік уақыты 1–2 мкс шамасында болады. Жақындағы зерттеулер үш өлшемді суперөткізгіш қуыс ішінде трансмон деп аталатын зарядты кубиттерді пайдалану арқылы T2 уақыты 100 мкс-қа жақындағанын көрсетті. T2 шектерін түсіну – суперөткізгіш кванттық есептеу саласындағы белсенді зерттеулердің бір саласы.

Өндiру

Зарядталған кубиттер микроэлектроникада қолданылатын техникаларға ұқсас әдістермен жасалады. Бұл құрылғылар әдетте кремний немесе сапфир пластиналарында электронды сәулелі литография (фазалық кубиттен өзгеше, ол фотолитография қолданады) және металл жұқа пленкаларын буландыру процестері арқылы жасалады. Джозефсон түйіндерін жасау үшін көлеңкелі буландыру деп аталатын әдіс көбінесе қолданылады; бұл электронды сәуле кедергісіндегі литографиялық маска арқылы екі әртүрлі бұрыштан бастапқы металды кезекте буландыруды қамтиды. Нәтижесінде, суперөткізгіш металдың екі қабаттасқан қабаты түзіледі, олардың арасына жұқа изолятор қабаты (әдетте алюминий оксиді) жатқызылады.

Артықшылықтары

Бүгінгі күнге дейін ең көп табысқа жеткен кубиттер иондық тұзақтар мен ЯМР (NMR) болып табылады, тіпті Шор алгоритмі ЯМР арқылы іске асырылған. Дегенмен, бұл екі әдісті кванттық компьютер құру үшін қажетті жүздеген, мыңдаған немесе миллиондаған кубитке дейін кеңейту қиын көрінеді. Қатты күйдегі кубиттерді бейнелеу әлдеқайда оңай кеңейтіледі, бірақ олардың өзіндік мәселелері бар: декогеренттілік. Алайда, суперөткізгіштердің кеңейтуі оңайрақ, және олар қалыпты қатты күйдегі жүйелерге қарағанда жақсы когеренттілікке ие. Купер жұптық қорабындағы зарядтың кванттық когеренттілігінің дәлелі 1997 жылғы ақпанда Винсент Бушиат және авторлар тобы жариялады. 1999 жылы Накамура және авторлар тобы Qubit зарядының когерентті тербелістерін алғаш рет байқады. Кванттық күйлерді басқару және зарядталған кубиттің толық іске асырылуы 2 жылдан кейін тіркелді. 2007 жылы Йель университетінде Роберт Дж. Шоелкопф, Мишель Деворет, Стивен М. Гирвин және олардың әріптестері заряд шуына сезімталдығы төмендеуіне байланысты когеренттік уақытын ұзартатын, Трансмон деп аталатын жаңа құрылғы жасады.