MIT показав спосіб у 100 разів підвищити щільність надпровідних кубітів

Дослідники Массачусетського технологічного інституту продемонстрували конструкцію надпровідних кубітів із двовимірними матеріалами, яка потенційно дає змогу розміщувати на пристрої у 100 разів більше кубітів і водночас зменшувати взаємні перешкоди між ними, повідомляє IEEE Spectrum.

Розробка стосується конденсаторів у надпровідних квантових схемах. Замість поширеної планарної конструкції, де металеві пластини розташовані поруч одна з одною, команда створила вертикальну структуру: діелектрик розміщений між двома металевими шарами. Це дозволяє істотно зменшити площу конденсатора.

Двовимірний ізолятор

Як ізолятор науковці використали кілька атомарних моношарів гексагонального нітриду бору, або hBN. З обох боків цього матеріалу розмістили двовимірний надпровідник — диселенід ніобію. За даними дослідників, hBN обрали через його чистоту та хімічну інертність.

У звичайних надпровідних схемах для отримання необхідної ємності застосовують відкриті планарні конденсатори, площа кожної пластини яких зазвичай становить близько 100 на 100 мікрометрів. Їхній діелектрик утворюють кремнієва підкладка та частково вакуум над пластинами. Така конструкція потрібна, оскільки інші доступні ізоляційні матеріали можуть мати дефекти, що спричиняють надто великі втрати для квантових обчислень.

Менше перешкод між кубітами

У новій багатошаровій структурі приблизно 90% електричного поля зосереджено всередині «сендвіча» з матеріалів. За рахунок цього окиснення зовнішньої поверхні диселеніду ніобію менше впливає на роботу конденсатора, а компактніший елемент також знижує перехресні перешкоди між сусідніми кубітами.

Виготовлення таких конденсаторів потребує роботи в рукавичній камері з аргоном, оскільки диселенід ніобію окиснюється за лічені секунди на повітрі. Водночас після складання структури її внутрішні інтерфейси залишаються захищеними. Головним викликом для масштабування технології дослідники назвали вирощування hBN і двовимірних надпровідників на рівні пластин, а також пошаровий монтаж таких плівок.

Надпровідні кубіти працюють за наднизьких температур — менш ніж на 0,02 градуса вище абсолютного нуля. Установки для їхніх вимірювань можуть охолоджуватися до 20 мілікельвінів.