У MIT створили компактніші надпровідні кубіти з двовимірних матеріалів
Дослідники MIT застосували двовимірні матеріали для компактніших надпровідних кубітів і зменшення перешкод між ними.
Дослідники Массачусетського технологічного інституту продемонстрували конструкцію надпровідних кубітів із двовимірними матеріалами, яка може збільшити їхню щільність на пристрої у 100 разів і водночас зменшити перешкоди між сусідніми кубітами. Про роботу повідомляє IEEE Spectrum.
Основою розробки став гексагональний нітрид бору — двовимірний ізолятор, позначений як hBN. Кілька його атомарних моношарів використали як ізоляційний прошарок у конденсаторі надпровідного кубіта. З обох боків hBN дослідники розмістили двовимірний надпровідний матеріал — диселенід ніобію.
Компактніший конденсатор
Конденсатор у такій схемі має структуру «сендвіча»: ізоляційний матеріал розміщений між двома металевими пластинами. У традиційних надпровідних схемах часто застосовують копланарні конденсатори, де пластини лежать поряд, а не одна над одною. Для отримання необхідної ємності кожна пластина в такій відкритій конструкції зазвичай має розмір близько 100 на 100 мікрометрів.
У копланарних конденсаторах діелектриком частково слугують кремнієва підкладка та вакуум над пластинами. Це допомагає зменшити втрати, адже хімічно чистий кремній має мало дефектів. Водночас така конструкція займає значну площу. У новому варіанті близько 90% електричного поля зосереджено всередині багатошарової структури, що зменшує площу конденсатора та взаємні перешкоди між сусідніми кубітами.
Робота за наднизьких температур
Надпровідні квантові схеми працюють за температур, нижчих ніж на 0,02 градуса вище абсолютного нуля. Кубіти вимірюють за температури до 20 мілікельвінів у холодильнику розведення. За таких умов поширені ізоляційні матеріали, зокрема оксид або нітрид кремнію, мають дефекти, що створюють надто великі втрати для квантових обчислень.
Співкерівник дослідження Джоел Ван зазначив, що hBN обрали через його чистоту та хімічну інертність. Виробництво ускладнює диселенід ніобію, який окиснюється за лічені секунди на повітрі, тому конденсатори збирали в аргоновій рукавичній камері. За словами Вана, після складання дві внутрішні межі між матеріалами залишаються «запечатаними», а помітного погіршення характеристик під дією атмосфери не зафіксували.
Основним викликом для масштабування технології науковець назвав вирощування hBN і двовимірних надпровідників на рівні пластин, а також штабелювання таких плівок у промисловому масштабі.
