19:12 2023-05-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Înțelegerea beneficiilor tentante ale tantalului pentru procesoarele cuantice îmbunătățite
_ Înțelegerea beneficiilor tentante ale tantalului pentru procesoare cuantice îmbunătățite
Fie că este vorba despre coacerea unei prăjituri, construirea unei case sau dezvoltarea unui dispozitiv cuantic, calitatea produsului final depinde în mod semnificativ de ingredientele sau materialele de bază ale acestuia. Cercetătorii care lucrează pentru a îmbunătăți performanța qubiților supraconductori, baza calculatoarelor cuantice, au experimentat folosind diferite materiale de bază într-un efort de a crește durata de viață coerentă a qubiților.
Coerența timpul este o măsură a cât timp un qubit reține informații cuantice și, prin urmare, o măsură principală a performanței. Recent, oamenii de știință au descoperit că folosirea tantului în qubiții supraconductori îi face să aibă performanțe mai bune, dar nimeni nu a reușit să determine de ce, până acum.
Oamenii de știință de la Centrul pentru Nanomateriale Funcționale (CFN), National Synchrotron Light Sursa II (NSLS-II), Centrul de Co-proiectare pentru Avantajul Cuantic (C2QA) și Universitatea Princeton au investigat motivele fundamentale pentru care acești qubiți funcționează mai bine prin decodificarea profilului chimic al tantalului.
Rezultatele de la această lucrare, care a fost publicată recent în revista Advanced Science, va oferi cunoștințe cheie pentru proiectarea de qubiți și mai buni în viitor. CFN și NSLS-II sunt facilități pentru utilizatorii științifici al Departamentului de Energie al SUA (DOE) la Laboratorul național Brookhaven al DOE. C2QA este un centru național de cercetare în știința informațiilor cuantice condus de Brookhaven, al cărui partener cheie este Universitatea Princeton.
Tantalul este un metal unic și versatil. Este dens, greu și ușor de lucrat. Tantalul are, de asemenea, un punct de topire ridicat și este rezistent la coroziune, făcându-l util în multe aplicații comerciale. În plus, tantalul este un supraconductor, ceea ce înseamnă că nu are rezistență electrică atunci când este răcit la temperaturi suficient de scăzute și, în consecință, poate transporta curent fără nicio pierdere de energie.
Qubiții supraconductori pe bază de tantal au demonstrat durate de viață record. de mai mult de o jumătate de milisecundă. Aceasta este de cinci ori mai mare decât durata de viață a qubiților fabricați cu niobiu și aluminiu, care sunt implementați în prezent în procesoare cuantice la scară largă.
Aceste proprietăți fac din tantul un material candidat excelent pentru construirea de qubiți mai buni. Totuși, obiectivul de îmbunătățire a calculatoarelor cuantice supraconductoare a fost împiedicat de lipsa de înțelegere a ceea ce limitează durata de viață a qubitului, un proces cunoscut sub numele de decoerență. Zgomotul și sursele microscopice de pierderi dielectrice se consideră, în general, că contribuie; cu toate acestea, oamenii de știință nu sunt siguri exact de ce și cum.
„Lucrarea din această lucrare este unul dintre cele două studii paralele care urmăresc să abordeze o mare provocare în fabricarea qubitului”, a explicat Nathalie de Leon, profesor asociat de electricitate. și inginerie informatică la Universitatea Princeton și liderul materialelor pentru C2QA. „Nimeni nu a propus un model microscopic, atomist pentru pierderi, care să explice tot comportamentul observat și apoi a fost capabil să arate că modelul lor limitează un anumit dispozitiv. Acest lucru necesită tehnici de măsurare care sunt precise și cantitative, precum și o analiză sofisticată a datelor.”< /p>
Pentru a obține o imagine mai bună a sursei decoerenței qubitului, oamenii de știință de la Princeton și CFN au crescut și au procesat chimic filme de tantal pe substraturi de safir. Apoi, au dus aceste probe la liniile de fascicul de spectroscopie Soft și Tender (SST-1 și SST-2) de la NSLS-II pentru a studia oxidul de tantal care s-a format la suprafață folosind spectroscopia fotoelectronului cu raze X (XPS). XPS folosește razele X pentru a scoate electronii din eșantion și oferă indicii despre proprietățile chimice și starea electronică a atomilor de lângă suprafața probei.
Oamenii de știință au emis ipoteza că grosimea și natura chimică a acestui strat de oxid de tantal au jucat un rol în determinarea coerenței qubitului, deoarece tantalul are un strat de oxid mai subțire în comparație cu niobiul utilizat în mod obișnuit în qubiți.
„Am măsurat aceste materiale la liniile de lumină pentru a înțelege mai bine ce se întâmplă”, a explicat Andrew Walter, un om de știință principal în cadrul programului de difuzie și spectroscopie de raze X soft al NSLS-II. "S-a presupus că stratul de oxid de tantal era destul de uniform, dar măsurătorile noastre au arătat că nu este deloc uniform. Este întotdeauna mai interesant când descoperi un răspuns la care nu te aștepți, pentru că atunci înveți ceva."
Echipa a găsit mai multe tipuri diferite de oxizi de tantal la suprafața tantalului, ceea ce a generat un nou set de întrebări pe calea creării de qubiți supraconductori mai buni. Pot fi modificate aceste interfețe pentru a îmbunătăți performanța generală a dispozitivului și care modificări ar oferi cele mai multe beneficii? Ce tipuri de tratamente de suprafață pot fi folosite pentru a minimiza pierderile?
„A fost inspirant să văd experți din medii foarte diferite reunindu-se pentru a rezolva o problemă comună”, a spus Mingzhao Liu, om de știință în materiale la CFN și materiale subthrust lider în C2QA. „Acesta a fost un efort extrem de colaborare, care a pus în comun facilitățile, resursele și expertiza împărtășită între toate facilitățile noastre. Din punct de vedere al științei materialelor, a fost interesant să creăm aceste mostre și să fiu parte integrantă a acestei cercetări.”
Walter a spus: „Lucrările în acest fel vorbește despre modul în care a fost construit C2QA. Inginerii electrici de la Universitatea Princeton au contribuit mult la gestionarea dispozitivelor, proiectare, analiza datelor și testare. Grupul de materiale de la CFN a crescut și a procesat mostre și Materialele. Grupul meu de la NSLS-II a caracterizat aceste materiale și proprietățile lor electronice.”
Reunirea acestor grupuri specializate nu numai că a făcut ca studiul să se miște fără probleme și mai eficient, dar a oferit oamenilor de știință o înțelegere a lor. lucrează într-un context mai larg. Studenții și postdoctorii au reușit să obțină o experiență neprețuită în mai multe domenii diferite și să contribuie la această cercetare în moduri semnificative.
„Uneori, când oamenii de știință din materiale lucrează cu fizicienii, își vor preda materialele și vor aștepta să audă înapoi în ceea ce privește rezultatele”, a spus de Leon, „dar echipa noastră a lucrat mână în mână, dezvoltând noi metode pe parcurs, care ar putea fi utilizate pe scară largă la linia fasciculului în viitor.”
Comentarii:
Adauga Comentariu