_ Ecuație fundamentală pentru biți cuantici supraconductori revizuit

Fizicienii de la Forschungszentrum Jülich și de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe au descoperit că joncțiunile tunelului Josephson — blocurile fundamentale ale calculatoarelor cuantice supraconductoare — sunt mai complexe decât se credea anterior.

La fel ca și cum se credea anterior. harmonice într-un instrument muzical, armonicele sunt suprapuse modului fundamental. În consecință, corecțiile pot duce la biți cuantici care sunt de două până la șapte ori mai stabili. Cercetătorii își susțin descoperirile cu dovezi experimentale din mai multe laboratoare de pe tot globul, inclusiv Universitatea din Köln, Ecole Normale Supérieure din Paris și IBM Quantum din New York.

Totul a început în 2019, când dr. Dennis Willsch și Dennis Rieger—doi doctoranzi. studenții de la FZJ și KIT la acea vreme și primii autori comuni ai unei noi lucrări publicate în Nature Physics - înțelegeau greu experimentele lor folosind modelul standard pentru joncțiunile tunelului Josephson. Acest model îi câștigase lui Brian Josephson Premiul Nobel pentru Fizică în 1973.

Emoționați să ajungă la fond, echipa condusă de profesorul Ioan Pop a analizat mai multe date de la Ecole Normale Supérieure din Paris și un 27 de -dispozitiv qubit la IBM Quantum din New York, precum și date din experimente publicate anterior. În mod independent, cercetătorii de la Universitatea din Köln observau abateri similare ale datelor lor de la modelul standard.

„Din fericire, Gianluigi Catelani, care a fost implicat în ambele proiecte și a realizat suprapunerea, a reunit echipele de cercetare, „, își amintește dr. Dennis Willsch de la FZ Jülich. „Momentul a fost perfect”, adaugă dr. Chris Dickel de la Universitatea din Köln, „din moment ce, în acel moment, exploram consecințe destul de diferite ale aceleiași probleme de bază.”

Intersecțiile tunelului Josephson constau în doi supraconductori cu o barieră izolatoare subțire între ele și, de zeci de ani, aceste elemente de circuit au fost descrise cu un model sinusoidal simplu (vezi imaginea de mai jos).

Cu toate acestea, așa cum demonstrează cercetătorii, acest „model standard " nu reușește să descrie pe deplin joncțiunile Josephson care sunt folosite pentru a construi biți cuantici. În schimb, este necesar un model extins care să includă armonici mai mari pentru a descrie curentul de tunel între cei doi supraconductori. Principiul poate fi găsit și în domeniul muzicii. Când se lovește coarda unui instrument, frecvența fundamentală este suprapusă de mai multe armonizări armonice.

„Este incitant că măsurătorile din comunitate au atins nivelul de acuratețe la care putem rezolva aceste mici corecții la un model care a fost considerat suficient de mai bine de 15 ani”, remarcă Dennis Rieger.

Când cei patru profesori coordonatori — Ioan Pop de la KIT și Gianluigi Catelani, Kristel Michielsen și David DiVincenzo de la FZJ — și-au dat seama de impactul dintre descoperiri, ei au reunit o mare colaborare a experimentatorilor, teoreticienilor și oamenilor de știință din materiale, pentru a-și uni eforturile în prezentarea unui caz convingător pentru modelul armonicilor Josephson.

În publicația Nature Physics, cercetătorii explorează originea și consecințele armonicilor Josephson. „Ca o consecință imediată, credem că armonicile Josephson vor ajuta la proiectarea de biți cuantici mai buni și mai fiabili prin reducerea erorilor până la un ordin de mărime, ceea ce ne aduce cu un pas mai aproape de visul unui computer cuantic supraconductor complet universal”, concluzionează doi primi autori.

(Fluierul)