„Quantum Computing“ yra velniškai sudėtinga technologija, turinti daugybę techninių kliūčių, turinčių įtakos jos plėtrai. Iš šių iššūkių išsiskiria du kritiniai klausimai: miniatiūrizavimas ir kvitos kokybė.
IBM iki 2023 m. Priėmė superlaidų „QuBit“ kelių žemėlapį, kuriame pasiekiama 1,121 kvadratinio procesoriaus, todėl tikimasi, kad įmanoma 1 000 kvadratų su šiandienos kvitos formos faktoriumi. Tačiau dabartiniams požiūriams reikės labai didelių traškučių (50 milimetrų iš šono ar didesnį) mažų vaflių masteliu arba drožlių naudojimą daugialypiuose moduliuose. Nors šis požiūris veiks, tikslas yra pasiekti geresnį kelią link mastelio.
Dabar MIT tyrėjai sugebėjo sumažinti QUBIT dydį ir tai padarė taip, kad sumažintų trikdžius, atsirandančius tarp kaimyninių Qubits. MIT tyrėjai padidino superlaidžių kvitų skaičių, kurį į įrenginį galima pridėti 100 koeficientas.
„Mes kreipiamės tiek į miniatiūrą, tiek kokybę“, – sakė Williamas Oliveris, MIT kvantinės inžinerijos centro direktorius. „Skirtingai nuo įprasto tranzistoriaus mastelio, kai iš tikrųjų svarbu tik skaičius, nes kvartalai nėra pakankami, jie taip pat turi būti aukšto našumo. Aukojimas dėl „QuBit“ skaičiaus našumo nėra naudinga prekyba kvantine skaičiavimu. Jie turi eiti koja kojon “.
Raktas į šį didelį kvadrato tankio padidėjimą ir trikdžių sumažėjimą lemia dvimatių medžiagų, ypač 2D izoliatoriaus šešiakampio boro nitrido (HBN), naudojimas. MIT tyrėjai pademonstravo, kad keli atominiai HBN monosluoksniai gali būti sukrauti, kad izoliatorius sudarytų superlaidžiojo kvitos kondensatorių.
Kaip ir kiti kondensatoriai, šių superlaidžių grandinių kondensatoriai yra sumuštinis, kuriame izoliacinė medžiaga yra įdėta tarp dviejų metalinių plokštelių. Didelis šių kondensatorių skirtumas yra tas, kad superlaidžios grandinės gali veikti tik esant labai žemai temperatūrai-nei 0,02 laipsnio virš absoliutaus nulio (-273,15 ° C).
Superlaidūs kvapai matuojami esant žemesnei kaip 20 mililikelvin temperatūrai skiedimo šaldytuve.Nathanas Fiske/MIT
Toje aplinkoje izoliacinės medžiagos, kurios yra skirtos darbui, pavyzdžiui, PE-CVD silicio oksido ar silicio nitrido, turi nemažai defektų, kurie yra per daug nuostolingi kvantiniam skaičiavimo programoms. Norėdami apeiti šiuos medžiagų trūkumus, dauguma superlaidžių grandinių naudoja vadinamąsias „Coplanar“ kondensatorius. Šiuose kondensatoriuose plokštelės yra išdėstytos į šoną viena į kitą, o ne vienas ant kito.
Dėl to vidinis silicio substratas po plokštelėmis ir mažesniu laipsniu vakuumas virš plokštelių tarnauja kaip kondensatoriaus dielektrikas. Vidinis silicis yra chemiškai grynas, todėl turi nedaug defektų, o didelis dydis praskiedžia elektrinį lauką prie plokštelės sąsajų-visa tai lemia mažo nuostolių kondensatorių. Kiekvienos šios atviro veido konstrukcijos šoninis dydis yra gana didelis (paprastai 100 x 100 mikrometrų), kad būtų pasiekta reikiama talpa.
Stengdamiesi atsitraukti nuo didelės šoninės konfigūracijos, MIT tyrėjai ėmėsi izoliatoriaus, turinčio labai mažai defektų, paiešką ir suderinamą su superlaidžių kondensatorių plokštelėmis.
„Mes nusprendėme ištirti HBN, nes jis yra plačiausiai naudojamas izoliatorius atliekant 2D medžiagų tyrimus dėl jo švaros ir cheminio inertiškumo“, – sakė Colead autorius Joelis Wangas, MIT tyrimų laboratorijos inžinerinių kvantinių sistemų grupės tyrimų mokslininkas.
Abiejose HBN pusėse MIT tyrėjai naudojo 2D superlaidžiojančią medžiagą „Niobium Diselenide“. Pasak Wang, vienas iš sudėtingiausių kondensatorių gaminimo aspektų buvo darbas su niobium diselenidu, kuris oksiduojasi per kelias sekundes, kai veikiamas oras. Tam reikia, kad kondensatoriaus surinkimas įvyktų pirštinių dėžutėje, užpildytoje argono dujomis.
Nors tai, atrodo, apsunkintų šių kondensatorių gamybos mastelį, Wang tai nelaiko ribojančiu veiksniu.
„Tai, kas lemia kondensatoriaus kokybės koeficientą, yra dvi sąsajos tarp dviejų medžiagų“, – sakė Wang. „Kai sumuštinis bus pagamintas, abi sąsajos yra„ užantspauduotos “ir laikui bėgant nematome pastebimo degradacijos, kai veikiama atmosfera“.
Šis skaidymo trūkumas yra todėl, kad apie 90 procentų elektrinio lauko yra sumuštinių struktūroje, todėl Niobium diselenido išorinio paviršiaus oksidacija nebeturi reikšmingo vaidmens. Tai galiausiai daro kondensatoriaus pėdsaką daug mažesniu, ir tai lemia, kad sumažėja kryžminiai pokalbiai tarp kaimyninių QUBIT.
„Pagrindinis iššūkis padidinti gamybą bus HBN ir 2D superlaidininkų vaflių mastelio augimas, pavyzdžiui, („ Niobium Diselenide “) ir kaip galima atlikti šių filmų vaflių masto sukravimą“,-pridūrė Wang.
Wang mano, kad šis tyrimas parodė, kad 2D HBN yra geras izoliatoriaus kandidatas į superlaidžius QUBIT. Jis sako, kad pagrindinė MIT komanda, kurią atliko MIT komanda, bus naudojamas kaip kitų hibridinių 2D medžiagų naudojimas superlaidžiosioms grandinėms kurti.
