Termometer Super Konduktor Baru Dapat Mempercepat Pengembangan Komputer Quantum

Termometer kuantum baru pada sebuah chip, di latar depan. Ini mungkin termometer tercepat dan paling sensitif di dunia untuk mengukur suhu di ujung dingin pandu gelombang skala milikelvin, menurut para peneliti Chalmers. Kredit: Claudia Castillo Moreno / Universitas Teknologi Chalmers

Mencari Universitas Teknologi Chalmers, Gothenburg, Swedia, telah mengembangkan termometer jenis baru yang dapat dengan mudah dan cepat mengukur suhu selama kalkulasi kuantum dengan suhu yang sangat tinggi. presisi. Kemajuan menyediakan alat pembandingan untuk komputasi kuantum bernilai tinggi – dan terbuka untuk eksperimen di bidang termodinamika kuantum yang menarik.

Komponen kunci dalam komputer kuantum adalah kabel koaksial dan pandu gelombang – struktur yang memandu bentuk gelombang, dan bertindak sebagai koneksi penting antara prosesor kuantum, dan elektronik klasik yang mengendalikannya. Gelombang gelombang mikro berjalan di sepanjang pemandu gelombang ke prosesor kuantum, dan didinginkan hingga suhu yang sangat rendah di sepanjang jalan. Pandu gelombang juga melemahkan dan menyaring pulsa, memungkinkan komputer kuantum yang sangat sensitif bekerja dengan status kuantum yang stabil.

Untuk mendapatkan kendali maksimum atas mekanisme ini, para peneliti harus memastikan bahwa pandu gelombang ini tidak membawa derau karena pergerakan termal elektron di atas pulsa yang mereka kirim. Dengan kata lain, mereka mengukur suhu medan elektromagnetik di ujung dingin pandu gelombang gelombang mikro, titik di mana pulsa kontrol ditransmisikan ke qubit komputer. Bekerja pada suhu serendah mungkin meminimalkan risiko menimbulkan kesalahan ke dalam qubit.

Quantum Thermometer untuk Microveaves

Kesan artistik dari sirkuit superkonduktor yang digunakan dalam percobaan oleh Scigliuzzo et al. (kiri), dan kemampuannya untuk mengukur gelombang mikro termal pada tingkat eksitasi tunggal (kanan). Kredit: neuroncollective.com / Universitas Teknologi Chalmers

Hingga saat ini, para peneliti hanya mampu mengukur suhu ini secara tidak langsung, dengan penundaan yang relatif besar. Sekarang, dengan termometer baru peneliti Chalmers, suhu yang sangat rendah dapat diukur langsung di ujung penerima pandu gelombang – sangat akurat dan dengan resolusi waktu yang sangat tinggi.

“Termometer kami adalah sirkuit superkonduktor, langsung terhubung ke ujung pandu gelombang yang diukur. Ini relatif sederhana – dan mungkin termometer tercepat dan paling sensitif di dunia untuk tujuan khusus ini dalam skala milikelvin, “kata Simone Gasparinetti, Asisten Profesor di Laboratorium Teknologi Kuantum, Universitas Teknologi Chalmers.

Penting untuk mengukur kinerja kuantum komputer

Para peneliti di Wallenberg Center for Quantum Technology, WACQT, bertujuan untuk membangun sebuah komputer kuantum – berdasarkan sirkuit superkonduktor – dengan setidaknya 100 qubit yang akan bekerja dengan baik, melakukan perhitungan yang akurat pada tahun 2030. Ini membutuhkan suhu kerja prosesor yang mendekati surga mutlak, idealnya hingga 10 millikelvin. Termometer baru memberi para peneliti alat penting untuk mengukur seberapa baik sistem mereka dan apa kekurangan yang ada – langkah yang diperlukan untuk menyempurnakan teknologi dan mencapai tujuannya.

Simone Gasparinetti

Simone Gasparinetti, Asisten Profesor di Departemen Mikroteknologi dan Nanosains, Universitas Teknologi Chalmers dan Penyelidik Utama di Wallenberg Center for Quantum. “Setiap foton yang ada dapat merusak qubit Anda. Pada frekuensi operasi biasa, peningkatan suhu dari 20mK menjadi 30mK berarti 50 kali lebih banyak foton termal, dan oleh karena itu berisiko 50 kali lebih tinggi untuk kesalahan.” Kredit: Claudia Castillo Moreno / Universitas Teknologi Chalmers

“Suhu tertentu sesuai dengan sejumlah foton termal, dan jumlah itu menurun secara eksponensial seiring suhu. Jika kami dapat menurunkan suhu di akhir saat pandu gelombang mencapai qubit hingga 10 milikelvin, risiko kesalahan dalam qubit kami berkurang drastis, ”kata Per Delsing, Profesor di Departemen Mikroteknologi dan Nanosains, Universitas Teknologi Chalmers, dan kepala WACQT.

Pengukuran suhu yang akurat juga diperlukan bagi pemasok yang ingin dapat menjamin kualitas komponennya, misalnya kabel yang digunakan untuk memproses sinyal hingga status kuantum.

Peluang baru di bidang termodinamika kuantum

Fenomena mekanika kuantum seperti tumpang tindih, keterjeratan, dan dekoherensi menandakan revolusi tidak hanya untuk komputasi masa depan tetapi juga berpotensi dalam termodinamika. Mungkin saja hukum termodinamika berubah dalam beberapa cara saat bekerja di skala nano, dengan cara yang suatu hari nanti dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan mesin yang lebih bertenaga, pengisian ulang baterai yang lebih cepat, dan bahkan lebih banyak lagi.

“Selama 15-20 tahun, orang telah mempelajari bagaimana hukum termodinamika dapat dimodifikasi oleh fenomena kuantum, tetapi pencarian untuk keuntungan kuantum nyata dalam termodinamika masih terbuka,” kata Simone Gasparinetti, yang baru-baru ini memulai kelompok penelitian mereka dan rencana mereka untuk berkontribusi pada penelitian ini dengan berbagai eksperimen baru.

Termometer baru dapat, misalnya, mengukur difusi gelombang mikro termal dari sirkuit yang bekerja pada mesin panas kuantum atau lemari es.

“Termometer standar telah berperan dalam mengembangkan termodinamika klasik. Mudah-mudahan, di masa depan, termometer kita akan dianggap penting untuk mengembangkan termodinamika kuantum, ”kata Marco Scigliuzzo, mahasiswa doktoral di Department of Microtechnology and Nanoscience, Chalmers University of Technology.

Referensi: “Termometri Primer Mikroves Propagasi dalam Rezim Kuantum” oleh Marco Scigliuzzo, Andreas Bengtsson, Jean-Claude Besse, Andreas Wallraff, Per Delsing dan Simone Gasparinetti, 17 Desember 2020, Revista Fisica X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.10.041054

Informasi lebih lanjut: Cara kerja termometer utama

Konsep baru termometer didasarkan pada interaksi antara difusi koheren dan tidak koheren dari pemancar kuantum yang dipandu resonansi. Emitor sangat digabungkan di ujung pandu gelombang uji. Foton termal di pandu gelombang menyebabkan penurunan terukur dalam sinyal yang tersebar secara koheren, yang direkam terus menerus. Dengan cara ini, jumlah foton dalam mode propagasi pandu gelombang gelombang mikro dapat dibaca – ini sesuai dengan suhu. Implementasi para peneliti Chalmers, yang menggunakan sirkuit superkonduktor yang dioperasikan pada frekuensi gigahertz, menawarkan kesederhanaan, lebar pita lebar, sensitivitas tinggi, dan disipasi daya yang dapat diabaikan.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.