У MIT застосували двовимірні матеріали для зменшення надпровідних кубітів

Дослідники Массачусетського технологічного інституту використали атомарно тонкі двовимірні матеріали у конденсаторах надпровідних кубітів. Це дало змогу збільшити кількість кубітів, які можна розмістити на пристрої, у 100 разів, а також зменшити взаємні перешкоди між сусідніми кубітами, повідомляє IEEE Spectrum.

Ключовим матеріалом став гексагональний нітрид бору (hBN) — двовимірний ізолятор. Науковці продемонстрували, що кілька його атомарних моношарів можна скласти один на один і застосувати як ізолювальний шар у конденсаторі надпровідного кубіта. По обидва боки hBN команда використала двовимірний надпровідний матеріал — диселенід ніобію.

Менші конденсатори для кубітів

Конденсатор у такій схемі має структуру «сендвіча»: ізолятор розташований між двома металевими пластинами. Надпровідні квантові схеми працюють за наднизьких температур — менш ніж на 0,02 градуса вище абсолютного нуля. Кубіти вимірюють у холодильниках розведення за температури до 20 мілікельвінів.

За цих умов поширені ізоляційні матеріали, зокрема оксид кремнію або нітрид кремнію, мають дефекти, що спричиняють втрати, неприйнятні для квантових обчислень. Тому в більшості надпровідних схем застосовують копланарні конденсатори, де пластини розміщені поруч, а не одна над одною. Однак для отримання потрібної ємності розмір кожної пластини в такій конструкції зазвичай становить близько 100 на 100 мікрометрів.

Переваги двовимірної структури

Директор Центру квантової інженерії MIT Вільям Олівер заявив, що для квантових комп'ютерів важливі одночасно кількість і висока продуктивність кубітів. За його словами, збільшення їхньої кількості ціною погіршення характеристик не є корисним компромісом.

Приблизно 90% електричного поля в новому конденсаторі зосереджено всередині багатошарової структури. Це зменшує вплив окиснення зовнішньої поверхні диселеніду ніобію та допомагає скоротити площу конденсатора й перехресні завади між кубітами. Водночас диселенід ніобію окиснюється за лічені секунди на повітрі, тому конденсатори збирали в рукавичній камері, заповненій аргоном.

Співавтор роботи Джоел Ван зазначив, що головним викликом для масштабування технології буде вирощування hBN і двовимірних надпровідників на рівні пластин, а також пошарове складання таких плівок у масштабі пластини.