Kvanttitietokoneita rakentavan IQM:n, Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat keksineet uuden suprajohtavan kubitin, unimonin. Tutkijoiden mukaan unimon voi lisätä kvanttilaskennan tarkkuutta ja viedä kvanttilaskentaa kaupallisesti hyödylliseen suuntaan.
Ryhmä on saavuttanut ensimmäiset loogiset kvanttiportit unimoneilla 99,9 prosentin tarkkuudella. Tämä uusi tutkimus julkaistiin juuri Nature Communications -lehdessä.
Suprajohtavat kubitit ovat edelläkävijöitä kaikkien erilaisten lähestymistapojen joukossa hyödyllisten kvanttitietokoneiden rakentamiseen. Tällä hetkellä käytetyt kubittityypit ja tekniikat eivät kuitenkaan vielä tarjoa tarpeeksi korkeaa suorituskykyä käytännön sovelluksiin.
Meneillään olevalla kohinan rajoittamien kvanttitietokoneiden aikakaudella kvanttilaskutoimitusten pituutta rajoittavat enimmäkseen virheet yhden ja kahden kubitin kvanttiporteissa. Kvanttilaskutoimituksista on tehtävä tarkempia, jotta ne olisivat hyödyllisiä.
”Tavoitteenamme on rakentaa kvanttitietokoneita, jotka antavat etua käytännön ongelmien ratkaisemisessa. Tämänpäiväinen ilmoituksemme on tärkeä virstanpylväs IQM:lle ja myös merkittävä saavutus parempien suprajohtavien kvanttitietokoneiden rakentamisessa”, sanoo tutkimusta johtanut professori Mikko Möttönen.
Tutkijoiden kehittämä suprajohtava kubitti unimon yhdistää monet halutut ominaisuudet, kuten lisääntyneen epälineaarisuuden, täydellisen epäherkkyyden hitaalle jännitekohinalle, vähentyneen herkkyyden magneettiselle kohinalle ja yksinkertaisen rakenteen, joka koostuu vain yhdestä Josephsonin liitoksesta sähköisessä värähtelijässä.
Tiimin saavuttama tarkkuus 13 nanosekunnin mittaisille yhden kubitin porteille vaihteli 99.8-99.9 prosentin välillä kolmella eri unimonilla.
”Koska unimonilla on suurempi anharmonisuus eli epälineaarisuus kuin transmoneissa, voimme tehdä sillä nopeampia logiikkaoperaatioita, mikä luo pohjan virheiden määrän vähentämiseen operaatiota kohden”, selittää IQM:ssä väitöskirjatutkimusta tekevä Eric Hyyppä.
Demonstroidakseen unimonin kokeellisesti tutkijat suunnittelivat ja valmistivat siruja, joista jokainen koostui kolmesta unimon-kubitista. He käyttivät niobiumia suprajohtavana materiaalina lukuun ottamatta Josephsonin liitoksia, joissa suprajohtavat johtimet valmistettiin alumiinista.
Tiimin mittausten perusteella unimon-kubitilla on suhteellisen korkea epälineaarisuus, vaikka se koostuu vain yhdestä Josephsonin liitoksesta ilman superinduktanssia. Se antaa silti suojausta virheitä aiheuttavaa kohinaa vastaan. Unimonin puhtaasti geometrisella induktanssilla on mahdollista saavuttaa parempi ennustettavuus ja toistettavuus kuin aiemmin käytössä olleilla liitosketjuihin perustuvilla superinduktansseilla.
”Unimonit ovat niin yksinkertaisia ja silti niillä on monia etuja transmoneihin verrattuna. Se tosiasia, että ensimmäinen koskaan tehty unimon toimi näin hyvin, antaa runsaasti tilaa optimoinnille ja suurille läpimurroille. Seuraavaksi meidän pitäisi optimoida kubitin geometriaa, jotta voisimme parantaa entisestään kubitin suojausta kohinaa vastaan ja toteuttaa kahden kubitin operaatioita”, professori Möttönen sanoo.
”Lisäparannukset kubitin geometriaan, materiaaleihin ja operaatioiden nopeuteen voivat johtaa 99,99 %:n tarkkuuden rajapyykin rikkomiseen ja näin ehkä mahdollistaa kvanttihyödyn käytännön ongelmissa sekä tehokkaan kvanttivirheiden korjauksen. Tämä on erittäin jännittävä päivä kvanttitietokoneille!” Möttönen iloitsee.
