使用超薄材料來縮小超導(dǎo)量子比特的尺寸

使用超薄材料來縮小超導(dǎo)量子比特的尺寸可能為個人大小的量子設(shè)備鋪平道路。與經(jīng)典計算機(jī)中的晶體管一樣，超導(dǎo)量子比特也是量子計算機(jī)的構(gòu)建模塊。雖然工程師已經(jīng)能夠?qū)⒕w管縮小到納米級，但是超導(dǎo)量子比特仍然是以毫米為單位的，這是實用的量子計算設(shè)備無法縮小到智能手機(jī)大小的原因之一。

麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在使用超薄材料來建造超導(dǎo)量子比特，其尺寸至少是傳統(tǒng)設(shè)計的百分之一，并且相鄰量子比特之間的干擾較少。這一進(jìn)展可以提高量子計算機(jī)的性能，并能借此開發(fā)出更小的量子設(shè)備。

研究人員已經(jīng)證明，六方氮化硼，一種僅由幾個單層原子組成的材料可以被堆疊起來，形成超導(dǎo)量子比特上的電容器中的絕緣體。這種無缺陷的材料使電容器比通常用于量子軌道的電容器小得多，這就縮小了它的占地面積，而不會明顯犧牲性能。

此外，研究人員表明，這些較小的電容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該大大減少交叉串?dāng)_，交叉串?dāng)_發(fā)生在一個量子比特?zé)o意中影響到周圍的量子比特。

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麻省理工學(xué)院的研究人員利用二維材料六方氮化硼為超導(dǎo)量子比特建造了小得多的電容器，使他們能夠在不犧牲性能的情況下將量子比特的占地面積縮小兩個數(shù)量級。

"現(xiàn)在，我們在一個設(shè)備中可能有50或100個量子比特，但為了將來的實際使用，我們在一個設(shè)備中需要數(shù)千或數(shù)百萬的量子比特。因此，將每個單獨的量子比特的尺寸小型化，同時避免這幾十萬個量子比特之間不必要的串?dāng)_，將是非常重要的。這是我們發(fā)現(xiàn)的可以用于這種結(jié)構(gòu)的極少數(shù)材料之一，"共同第一作者Joel Wang說，他是麻省理工學(xué)院電子研究實驗室工程量子系統(tǒng)組的研究科學(xué)家。

Wang的共同主要作者是20歲的Megan Yamoah，她曾是工程量子系統(tǒng)組的學(xué)生，目前正以羅茲獎學(xué)金在牛津大學(xué)學(xué)習(xí)。Cecil and Ida Green物理學(xué)教授Pablo Jarillo-Herrero是通訊作者，高級作者是William D. Oliver，他是電子工程和計算機(jī)科學(xué)以及物理學(xué)教授，麻省理工學(xué)院林肯實驗室研究員，量子工程中心主任，以及電子學(xué)研究實驗室副主任。該研究發(fā)表于2022年1月27日的《自然-材料》雜志。