КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 24-72-00050

НазваниеПерспективные сверхпроводниковые кубиты нового типа на основе тонкопленочной кинетической индуктивности

Руководитель Калачева Дарья Алексеевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость

Ключевые слова сверхпроводниковые кубиты, сверхпроводниковые устройства, тонкие пленки, кинетическая индуктивность, нелинейные системы, копланарные резонаторы, нанофабрикация и наноустройства.

Код ГРНТИ29.19.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Микросхемы на основе сверхпроводников являются одной из перспективных платформ для реализации квантовых вычислений. Каноничная микросхема представляет из себя планарную структуру, содержащую искусственные атомы (далее - кубиты) и все необходимые линии для эффективного управления (копланарные считывающие резонаторы, токовые петли). На протяжении последних двадцати лет актуальной задачей является не только масштабирование системы, но и повышение качества квантовых операций. Разработка альтернативных платформ для сверхпроводниковых квантовых вычислений, которые позволят повысить эффективность квантовых операций в системах, содержащих большое количество кубитов, активно развивается в последние несколько лет. Для демонстрации многокубитной квантовой динамики наиболее популярным выбором является кубит типа трансмон из-за его простоты изготовления и эксплуатации. Эти кубиты представляют собой типы зарядовых кубитов с емкостным шунтированием и работают лучше всего, когда отношение джозефсоновской энергии (Ej) к зарядовой (Ec) больше единицы, что помогает поддерживать низкий уровень чувствительности к зарядовому шуму в диэлектрической подложке. Данный подход способствует снижению декогеренции, но необходимо отметить, что многокубитные системы из трансмонов ограничены в эффективности из-за низкой ангармоничности кубитов, что затрудняет построение квантовых процессоров. Такие кубиты могут непреднамеренно переходить в состояния с более высокой энергией, что замедляет квантовые операции и делает коррекцию ошибок затруднительной, а иногда даже невозможной. Из-за этих ограничений ведутся поиски альтернативные типы кубитов и материалов. Идеальным кандидатом для использования в квантовых микросхемах может быть кубит с низкой декогеренцией и высокой ангармоничностью, что может обеспечить баланс для эффективных квантовых вычислений. Альтернативные типы кубитов, на которых мы концентрируемся, предлагают различные преимущества, включая возможность свободно подстраивать энергетические уровни и потенциал, благодаря чему они меньше чувствительны к изменениям джозефсоновской энергии и исключают дисперсию заряда. Подобные свойства присущи и потоковым кубитам с джозефсоновской индуктивностью, однако, их использование ограничено из-за трудностей с изготовлением большого числа туннельных переходов. Исследование и совершенствование способов создания индуктивностей из материалов с низкими внутренними потерями, таких как ультратонкие алюминиевые пленки, используемых в изготовлении квантовых схем, остается критически важным для повышения качества и воспроизводимости характеристик кубитов, что может значительно улучшить масштабируемость и эффективность квантовых вычислительных устройств. В рамках проекта предлагается исследование нового типа гибридного сверхпроводникового кубита с улучшенными параметрами микросхемы. Этот кубит сочетает в себе особенности кубита трансмона и, благодаря внедрению шунтирующей кинетической индуктивности, характерной для потоковых кубитов, обеспечивает меньшую чувствительность к зарядовым шумам. Данный проект нацелен на изучение ряда фундаментальных явлений, протекающих в микросхемах, содержащих различные конфигурации гибридных кубитов. Разработанный материал из ультратонкой пленки алюминия для получения соответствующей кинетической индуктивности обладает низкими потерями, а технология его получения совместима с изготовление микросхем, содержащих кубиты типа трансмон. В частности, интерес в проекте представляет изучение однокубитной динамики при оптимизированных параметрах энергий, которые позволят получить более высокий ангармонизм, сохраняя при этом низкую зарядовую дисперсию. Предполагается изучение временной динамики и спектров системы, содержащей двухкубиную архитектуру. Понимание ключевых особенностей таких микросхем является важным шагом для дальнейшей разработке многокубитных схем на искусственных атомах с кинетической индуктивностью на основе ультратонких пленок алюминия.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---