Лучшие кубиты в квантовом компьютере заключаются в понимании функции нано-джозефсоновского перехода (JJ), компонента, который исследовала команда. Джиганг Ван, ученый из Лаборатории Эймса и руководитель исследовательской группы, объяснил, что этот JJ облегчает протекание сверхтока через схему при криогенной температуре, что делает возможным существование кубитов в их квантовом состоянии. Важно, чтобы этот поток оставался равномерным и недиссипативным для поддержания согласованности системы.
Проблемы и прорывы
“Сложные структурные компоненты в квантовых схемах часто приводят к локальной концентрации электрического поля, что вызывает рассеяние и диссипацию энергии и, в конечном счете, декогеренцию”, – объяснил Ван. “Итак, вопрос для текущего бизнеса квантовых вычислений заключается в том, как смягчить декогеренцию”.
Ван и его команда использовали терагерцовый сканирующий оптический микроскоп ближнего поля (SNOM), ранее разработанный в лаборатории Эймса, для получения изображений JJ в условиях взаимодействия с электромагнитным полем. В этом микроскопе используется специальный наконечник, который повышает разрешение микроскопа до наноразмерного уровня, практически не касаясь и никоим образом не влияя на соединительный компонент. Используя этот микроскоп, команда записала изображения JJ. Если соединительный компонент изготовлен должным образом, результирующие изображения будут показывать постоянное электрическое поле по всему компоненту. Однако команда обнаружила разрыв между двумя частями соединения (см. Изображение выше).
Ван объяснил, что это открытие было важно по двум причинам. Во-первых, оно выявило проблему с изготовлением JJ, которую Rigetti теперь может решить, улучшив качество своей квантовой схемы. Во-вторых, это доказывает, что терагерцовый микроскоп, разработанный в лаборатории Эймса, является полезным инструментом для высокопроизводительного скрининга компонентов квантовых схем.
“Это исследование демонстрирует, что этот терагерцовый микроскоп SNOM является идеальным инструментом, который мы можем использовать для визуализации гетерогенного распределения электрического поля”, – сказал Ван. “И это позволяет неразрушающе и бесконтактно идентифицировать эффективные границы в этом нанопереходе. Он чрезвычайно точен в нанометровом масштабе”.
Возможности микроскопа и будущие цели
Квантовые схемы обычно работают при этих чрезвычайно низких, криогенных температурах. Команда Вана ранее продемонстрировала, что терагерцовый SNOM-микроскоп может функционировать при чрезвычайно низких температурах, “Поэтому конечная цель этого исследования – продолжать развивать эту экстремально криогенную терагерцевую SNOM-машину, чтобы иметь возможность достигать этой сверхнизкой температуры, чтобы иметь возможность следить за туннелированием сверхтока в реальном времени и в реальном пространстве функционирующего кубита”, – сказал он.
Ван подчеркнул, что достижения в этом проекте были бы невозможны, если бы Ames Lab не была членом сообщества SQMS. “Для меня было настоящей честью работать с ними и вносить вклад как сообщество в продвижение вперед. Потребовалась целая деревня, чтобы действительно решить такого рода очень сложные технологические и научные проблемы. И было очень, очень важно иметь такую разностороннюю команду ”, – сказал Ван. “Я также очень рад, что как часть лаборатории Эймса мы вносим важный вклад в центр SQMS и национальную квантовую инициативу”.
