Кіріспе
Супержетекшіл кубитті іске асыру Кванттық есептеулерде, нақтырақ айтқанда, супержетекшіл кванттық есептеулерде, флюс кубиттер (сонымен қатар тұрақты ток кубиттері деп те аталады) - бұл бірнеше Джозефсон түйіспелерімен үзілген микрометрлік көлемдегі супержетекшіл металл орамалары. Бұл құрылғылар кванттық биттер ретінде жұмыс істейді. Флюс кубитті алғаш Terry P. Orlando және басқалар ұсынды. 1999 жылы MIT-те жасалды және көп ұзамай жасалды. Өндiру кезiнде Джозефсон түйiнiсiнiң параметрлерi сыртқы магниттiк ағынды қолданған кезде тұрақты ток үнемi ағып отыратын етіп құрастырылады. Тек бір бүтін сандағы ағын кванттарына ғана суперөткізгіш сақинаға енуге рұқсат етіледі, нәтижесінде мезоскопиялық супертоктар сағаттық бағытта немесе сағаттық бағытта пайда болады (әдетте 300 нА). Доктор Шчербакованың тобы өздерінің ағын кубиттері үшін контакт ретінде ниобийді пайдаланғанын хабарлады. Ниобий көбінесе контакт ретінде қолданылады және оны пневматикалық техниканы қолдану және оптикалық литографияны пайдалану арқылы контакттарды үлгілеу арқылы орналастырады. Аргон сәулесін контакттардың үстіне түзілген оксид қабатын кемітуге қолдануға болады. Ниобий байланыстары ерімеу үшін, сынақты эфирлеу кезінде суыту керек. Бұл кезде алюминий қабаттары таза ниобий беттерінің үстіне орналасады. Алюминий содан кейін ниобий байланыстарында екі қадаммен ауыспалы бұрыштарда орналастырылады. Алюминийдің екі қабатының арасында Al/AlOx/Al Josephson түйіспесі үшін оксид қабаты пайда болады.
In quantum computing, more specifically in superconducting quantum computing, flux qubits (also known as persistent current qubits) are micrometer sized loops of superconducting metal that is interrupted by a number of Josephson junctions. These devices function as quantum bits. The flux qubit was first proposed by Terry P. Orlando et al. at MIT in 1999 and fabricated shortly thereafter. During fabrication, the Josephson junction parameters are engineered so that a persistent current will flow continuously when an external magnetic flux is applied. Only an integer number of flux quanta are allowed to penetrate the superconducting ring, resulting in clockwise or counter clockwise mesoscopic supercurrents (typically 300 nA
Dr. Shcherbakova's group reported using niobium as the contacts for their flux qubits. Niobium is often used as the contact and is deposited by employing a sputtering technique and using optical lithography to pattern the contacts. An argon beam can then be used to reduce the oxide layer that forms on top of the contacts. The sample must be cooled during the etching process in order to keep the niobium contacts from melting. At this point, the aluminum layers can be deposited on top of the clean niobium surfaces. The aluminum is then deposited in two steps from alternating angles on the niobium contacts. An oxide layer forms between the two aluminum layers in order to create the Al/AlOx/Al Josephson junction.
Ағынды кубиттің параметрлері
Ағымы бар кубит басқа белгілі суперөткiзгiш кубит түрлерiнен, мысалы заряд кубиттерiнен немесе фазалық кубиттерден, оның түйiндерiнiң қосындылық энергиясы мен зарядтау энергиясымен ерекшеленедi. Заряд кубиттер режимінде түйісулердің зарядтау энергиясы қосқыш энергиясына басым болады. Ағымы бар кубитте жағдай керісінше болады және қосқыш энергия басым болады. Әдетте, ағынды кубит үшін қосқыш энергиясы зарядтау энергиясынан 10 100 есе көп, бұл Купер жұптарының зарядтау кубиті сияқты түйісулер арқылы дискретті туннельдеудің орнына, циклдің айналасында үздіксіз ағылуына мүмкіндік береді.
Жозефсон тораптары
Үштік өткізгіштің кубит ретінде жұмыс істеуі үшін сызықтық емес элемент болуы керек. Егер контурда LC контурдағыдай гармоникалық тербелісші болса, энергия деңгейлері дегенеративті болады. Бұл екі кубиттік есептеу кеңістігін қалыптастыруға тыйым салады, өйткені негізгі күйді және кубит операцияларын орындау үшін бірінші қозған күйді басқару үшін қолданылатын кез келген микротолқын сәулесі жоғары энергиялы күйлерді де қозғайды. Джозефсон түйіспелері - төмен температурада сызықтық емес және диссипативті емес жалғыз электронды элемент. Бұл кванттық интегралдық схемаларға қойылатын талаптар, сондықтан Джозефсон түйіспесі ағынды кубиттерді құрастыруда маңызды. Джозефсон түйіспесінің физикасын түсіну флюс кубиттердің қалай жұмыс істейтінін түсінуді жақсартады. Жозефсон түйіспелері негізінен оқшаулағыш қабатымен бөлінген екі үдемелі өткізгіш жұқа пленкадан тұрады. Ағымы бар кубиттер жағдайында Джозефсон түйіспелері жоғарыда сипатталған процесспен жасалады. Үстеме өткізгіш компоненттердің толқын функциялары бір-бірімен ауысып тұрады, және бұл конструкция электрондардың туннельдеуіне мүмкіндік береді, бұл оқшаулағыш кедергілердің екі жағындағы толқын функцияларының арасындағы фазалық айырмашылықты тудырады. Тікелей қосқыш кинетикалық индуктивтілікпен одан әрі күшейтілуі мүмкін, егер кубит циклдері шетке бөлінетін болса, онда токтар бірдей суперөткізгіш желі арқылы ағады. Осы буында Жозефсон түйіні орнатылғанда, Жозефсон индуктивтілігі қосылады, және жалғау тағы да артады. Тікелей жалғау механизміне ауыстырмалы жалғауды енгізу үшін, шекті ұзақтықтағы қақпаны енгізу үшін қажет, аралық жалғау бұрышын пайдалануға болады. Қоспаның циклына қолданылатын басқару магниттік ағысы қосқышты қосып-күйдіреді, мысалы, D Wave Systems машиналарында жүзеге асырылғандай. Қоспаның екінші әдісі орта микротолқындық қуыс резонаторыны қолданады, әдетте сопланарлық толқын жетекші геометрияда жүзеге асырылады. Кубиттердің энергия бөлінуін резонатордың энергия бөлінуіне сәйкес келтіру арқылы цикл тоқтарының фазалары синхрондалады және σxσx қосындысы іске асырылады. Кубиттерді резонансқа кіргізу және шығару (мысалы, олардың бейазиялық магниттік ағынын өзгерту арқылы) қақпаның жұмыс істеу ұзақтығын басқарады.
Оқылу
Барлық кванттық биттер сияқты, флюс кубиттерге есептеулер жүргізілгеннен кейін оның жағдайын өлшеу үшін оған қосылған тиісті сезімтал зонд қажет. Мұндай кванттық зондтар өлшеу кезінде кубитке мүмкіндігінше аз кері әсер етуі керек. Идеалдық жағдайда олар есептеу кезінде ажыратылып, содан кейін оқу кезінде қысқа уақытқа "ағаштырылуы" керек. Ағымы бар кубиттерді оқу зондтары циркуляциялық ток, цикл ішіндегі ағым немесе суперөткiзгiштiң макроскопиялық фазасы сияқты кубиттің макроскопиялық өзгерушiлерiмен өзара әрекеттесу арқылы жұмыс iстейдi. Бұл өзара әрекеттесу әдеттегі төмен шулы электрониканы пайдалану арқылы өлшенетін оқуыш зондтың кейбір айнымалысын өзгертеді. Оқу-оқыту зондтары - бұл, әдетте, флюс кубиттермен жұмыс істейтін әртүрлі университет топтарының зерттеулерін бөліп тұратын технологиялық аспект. Профессор Муиждің Нидерландыдағы Дельфтағы тобы, әріптестерімен бірге, флюкс-кубит технологиясының ізашарлары болды және бүгінде белгілі флюкс-кубиттерді тұңғыш рет ойлап тапты, ұсынды және іске қосты. Делфт оқу схемасы SQUID циклына негізделген, ол кубитпен индуктивті түрде қосылған, кубиттің жағдайы SQUID-тің сыни тоғына әсер етеді. Содан кейін SQUID арқылы өрістетілген өлшеу тоқтарын қолдану арқылы критикалық токты оқуға болады. Соңғы уақытта топ SQUID-тің плазмалық жиілігін оқу айнымалысы ретінде қолданды. Доктор Ильичевтің Германиядағы IPHT Jena тобы жоғары сапалы резервуар схемасының резонанстық қасиеттеріне әсер ететін ағынды кубитке негізделген импедансты өлшеу әдістерін қолданады, ол Дельфт тобы сияқты кубитке индуктивті түрде қосылады. Бұл схемада кубиттің магниттік сезімталдығы, оның күйімен анықталады, цистернаның контурына кішкентай А.С. сигналы жіберілгенде ток пен кернеу арасындағы фазалық бұрыш өзгеріледі. Профессор Петрашовтың Royal Holloway-тегі тобы флюкс-кубиттерді оқу үшін Андреев интерферометрі зондтарын пайдаланады. Бұл оқу суперөткізгіштің фазалық әсерін кәдімгі металдың өткізгіштік қасиеттеріне пайдаланады. Қалыпты металл ұзындығы суперөткізгіш сымдарды қолдану арқылы кубиттің екі жағына да қосылады, оның күйімен анықталатын кубиттің үстіне фаза қалыпты металға аударылады, содан кейін оның кедергісі төмен шу кедергісін өлшеу арқылы оқылады. Доктор Джергердің тобы флюс кубитімен біріктірілген резонаторларды қолданады. Әрбір резонатор тек бір кубитке арналған, ал барлық резонаторларды бір ғана тарату желісімен өлшеуге болады. Ағымы кубиттің жағдайы резонатордың резонанстық жиілігін өзгертеді, себебі резонатор ағымы кубитімен қосқанда дисперсиялық ауысуды қабылдайды. Резонанстық жиілік содан кейін контурдағы әрбір резонатордың тарату желісі арқылы өлшенеді. Ағымы бар кубиттің күйі резонанстық жиіліктің өлшенген ауысуымен анықталады.